C++网络编程快速入门（四）：EPOLL模型使用

目录

• ​​基本使用方法​​

• ​​step1:创建epollfd​​
• ​​step2:将fd绑定到epollfd​​
• ​​step3:调用epoll_wait检测事件​​
• ​​epoll_wait与poll、select区别所在​​

• ​​水平触发与边缘触发​​

基本使用方法

step1:创建epollfd

• 创建一个epollfd，若epoll_create调用成功，则返回一个非负值的epollfd，否则返回-1

/* Creates an epoll instance.  Returns an fd for the new instance.
   The "size" parameter is a hint specifying the number of file
   descriptors to be associated with the new instance.  The fd
   returned by epoll_create() should be closed with close().  */
extern int epoll_create (int __size) __THROW;

step2:将fd绑定到epollfd

有了epollfd之后，我们有三种需求：
1、将需要检测事件的其他fd绑定到这个epollfd上
2、修改一个已经绑定到epollfd的fd的事件类型
3、在不需要的时候将fd从epollfd上解绑
都需要依托函数​​​epoll_ctl​​完成：

/* Manipulate an epoll instance "epfd". Returns 0 in case of success,
   -1 in case of error ( the "errno" variable will contain the
   specific error code ) The "op" parameter is one of the EPOLL_CTL_*
   constants defined above. The "fd" parameter is the target of the
   operation. The "event" parameter describes which events the caller
   is interested in and any associated user data.  */
extern int epoll_ctl (int __epfd, int __op, int __fd,
            struct epoll_event *__event) __THROW;

__epfd:即epollfd
__op:操作类型，有三种​​EPOLL_CTL_ADD​​​、​​EPOLL_CTL_MOD​​​、​​EPOLL_CTL_DEL​​​。分别对应着在epollfd上添加、修改、移除fd，当为​​EPOLL_CTL_DEL​​​时，​​__event​​​参数忽略，置NULL
__fd:需要备操作的fd
__event:一个​​epoll_event​​​结构体的地址
具体结构如下：

// 在64位操作系统下，大小为8 byte
typedef union epoll_data
{
  void *ptr;
  int fd;
  uint32_t u32;
  uint64_t u64;
} epoll_data_t;

struct epoll_event
{
  uint32_t events;  /* 需要检测的fd事件标志 */
  epoll_data_t data;  /* 用户自定义的数据*/
} __EPOLL_PACKED;

返回值：
调用成功，返回0；
调用失败，返回-1，通过errno错误码可以获取具体的错误原因。

step3:调用epoll_wait检测事件

/* Wait for events on an epoll instance "epfd". Returns the number of
   triggered events returned in "events" buffer. Or -1 in case of
   error with the "errno" variable set to the specific error code. The
   "events" parameter is a buffer that will contain triggered
   events. The "maxevents" is the maximum number of events to be
   returned ( usually size of "events" ). The "timeout" parameter
   specifies the maximum wait time in milliseconds (-1 == infinite).

   This function is a cancellation point and therefore not marked with
   __THROW.  */
extern int epoll_wait (int __epfd, struct epoll_event *__events,
             int __maxevents, int __timeout);

__events:一个epoll_event结构数组的首地址，是一个输出参数，在函数调用成功后，在events中存放的是与就绪事件相关的​​epoll_event​​​结构体数组。
__maxevents：数组元素个数
__timeout：超时时间，单位为ms
返回值：调用成功返回有事件的fd数量，若返回0，表示超时。若返回-1，表示调用失败。
使用示例如下：

while (true) {
        epoll_event epollEvents[1024];
        int n = epoll_wait(epollfd, epollEvents, 1024, 1000);
        if (n < 0) {
            if (errno == EINTR) {
                // 被信号中断 重试
                continue;
            } else {
                // 出错 退出
                break;
            }
        } else if (n == 0) {
            // 超时，继续重试
            continue;
        } else {
            // 处理事件
            for (size_t i = 0; i < n; i++) {
                if (epollEvents[i].events & EPOLLIN) {
                    // 处理可读事件
                } else if (epollEvents[i].events & EPOLLOUT) {
                    // 处理可写事件
                } else if (epollEvents[i].events & EPOLLERR) {
                    // 处理出错事件
                }
            }
        }
    }

epoll_wait与poll、select区别所在

在第二讲中演示了select的基本使用方式：C++网络编程快速入门（二）：Linux下使用select演示简单服务端程序​ select和epoll底层机制一样，所以这里只看select。
可以发现调用完select之后，需要在原来的clientfds数组中遍历，然后加条件判断是否是有事件的。
而epoll_wait调用完之后是直接返回一个筛选过后的有事件的events数组。
所以：
在fd数量比较多但是某段时间内的就绪事件fd数量较少时，epoll_wait函数更加高效。
也就是epoll模型更适合用在socket连接数量较大而活跃的连接较少的情景下

水平触发与边缘触发

epoll具有两种模式：边缘触发模式（Edge Trigger，ET）和水平触发模式（Level Trigger，LT）。
区别在于：
1、LT：一个事件只要有，就会一直触发
2、ET：一个事件从无到有，才会触发
以socket读事件为例：
水平模式下，只要socket上有未读完的数据，就会一直产生EPOLLIN事件。
边缘模式下，socket上每新来一次数据就会触发一次，如果上一次触发后未将socket上的数据读完，也不会再触发，除非再新来一次数据。
以socket写事件为例：
水平模式下，只要socket上TCP窗口一直不饱和，就会一直触发EPOLLOUT事件。
边缘模式下，只有TCP窗口由不饱和变成饱和 或者 再一次变成不饱和，才会触发EPOLLOUT事件。
这对于编程的启示是：
1、对于非阻塞socket，如果epoll使用边缘模式检测事件可读，那么一旦触发，一定要一次性把socket上数据收取干净，即循环调用recv函数直到recv出错

bool recvEtMode() 
{
    // 每次只收取256个字节
    char buf[256];
    while (true) {
        int nRecv = ::recv(clientfd, buf, 256, 0);
        if (nRecv == -1) {
            if (errno == EWOULDBLOCK) {
                return true;
            } else if (errno == EINTR) {
                continue;
            } else {
                return false;
            }
        }
        else if (nRecv == 0) {
            // 对端关闭了socket
            return false;
        } else {
            inputBuffer.add(buf, (size_t)nRecv);
        }
    }
    return true;
}

2、如果是水平模式，可以根据业务一次性收取固定字节数
下面总结一下两者在编码上需要注意的地方：
1、LT模式下，读事件触发后可以按需收取想要的字节数，不用把本次数据收取干净；
ET模式下，读事件必须把数据收取干净，因为我们不一定再有机会收取数据了。
2、LT模式下，不需要写事件时一定要及时移除，避免不必要地触发且浪费CPU资源。
ET模式下，写事件触发后，如果还需要下一次的写事件触发来驱动任务（例如发送上次剩余的数据），则我们需要继续注册一次检测可写事件
3、LT会导致多次触发，ET优点是触发次数少