Unix网络编程没有讲epoll?(unix是编程语言吗)

mac os下有办法是用epoll吗？我要编译一个linux下写的源码，发现系统里没有epoll，有办法安装吗？

你这个程序是 linux-only 的还是 POSIX 兼容的？

如果是兼容的你看看他缺那个函数库装上就行了。我记得 mac 有 posix 兼容支持功能库装上就行了，当然这个兼容不全，有些东西还要自己另外装。

不过 epoll 我没印象是什么……好像是 Linux 内核的？

如果是 Linux 内核的东西，那这个程序就是 Linux-Only 的程序，你只能做源代码移植了。

BSD 的内核有 Linux 兼容接口层可以用，MAC 的我没印象有。

高性能网络服务器编程：为什么linux下epoll

基本的IO编程过程（包括网络IO和文件IO）是，打开文件描述符（windows是handler，Java是stream或channel），多路捕获（Multiplexe，即select和poll和epoll）IO可读写的状态，而后可以读写的文件描述符进行IO读写，由于IO设备速度和CPU内存比速度会慢，为了更好的利用CPU和内存，会开多线程，每个线程读写一个文件描述符。

但C10K问题，让我们意识到在超大数量的网络连接下，机器设备和网络速度不再是瓶颈，瓶颈在于操作系统和IO应用程序的沟通协作的方式。

举个例子，一万个socket连接过来，传统的IO编程模型要开万个线程来应对，还要注意，socket会关闭打开，一万个线程要不断的关闭线程重建线程，资源都浪费在这上面了，我们算建立一个线程耗1M内存，1万个线程机器至少要10G内存，这在IA-32的机器架构下基本是不可能的（要开PAE），现在x64架构才有可能舒服点，要知道，这仅仅是粗略算的内存消耗。别的资源呢？

所以，高性能的网络编程（即IO编程），第一，需要松绑IO连接和应用程序线程的对应关系，这就是非阻塞（nonblocking）、异步（asynchronous）的要求的由来（构造一个线程池，epoll监控到有数的fd，把fd传入线程池，由这些worker thread来读写io）。第二，需要高性能的OS对IO设备可读写（数据来了）的通知方式：从level-triggered notification到edge-triggered notification，关于这个通知方式，我们稍后谈。

需要注意异步，不等于AIO（asynchronous IO），Linux的AIO和java的AIO都是实现异步的一种方式，都是渣，这个我们也接下来会谈到。

针对前面说的这两点，我们看看select和poll的问题

这两个函数都在每次调用的时候要求我们把需要监控（看看有没有数据）的文件描述符，通过数组传递进入内核，内核每次都要扫描这些文件描述符，去理解它们，建立一个文件描述符和IO对应的数组（实际内核工作会有好点的实现方式，但可以这么理解先），以便IO来的时候，通知这些文件描述符，进而通知到进程里等待的这些select、poll。当有一万个文件描述符要监控的时候呢（一万个网络连接）？这个工作效率是很低的，资源要求却很高。

我们看epoll

epoll很巧妙，分为三个函数，第一个函数创建一个session类似的东西，第二函数告诉内核维持这个session，并把属于session内的fd传给内核，第三个函数epoll_wait是真正的监控多个文件描述符函数，只需要告诉内核，我在等待哪个session，而session内的fd，内核早就分析过了，不再在每次epoll调用的时候分析，这就节省了内核大部分工作。这样每次调用epoll，内核不再重新扫描fd数组，因为我们维持了session。

说道这里，只有一个字，开源，赞，众人拾柴火焰高，赞。

epoll的效率还不仅仅体现在这里，在内核通知方式上，也改进了，我们先看select和poll的通知方式，也就是level-triggered notification，内核在被DMA中断，捕获到IO设备来数据后，本来只需要查找这个数据属于哪个文件描述符，进而通知线程里等待的函数即可，但是，select和poll要求内核在通知阶段还要继续再扫描一次刚才所建立的内核fd和io对应的那个数组，因为应用程序可能没有真正去读上次通知有数据后的那些fd，应用程序上次没读，内核在这次select和poll调用的时候就得继续通知，这个os和应用程序的沟通方式效率是低下的。只是方便编程而已（可以不去读那个网络io，方正下次会继续通知）。

于是epoll设计了另外一种通知方式：edge-triggered notification，在这个模式下，io设备来了数据，就只通知这些io设备对应的fd，上次通知过的fd不再通知，内核不再扫描一大堆fd了。

基于以上分析，我们可以看到epoll是专门针对大网络并发连接下的os和应用沟通协作上的一个设计，在linux下编网络服务器，必然要采用这个，nginx、PHP的国产异步框架swool、varnish，都是采用这个。

注意还要打开epoll的edge-triggered notification。而java的NIO和NIO.2都只是用了epoll，没有打开edge-triggered notification，所以不如JBoss的Netty。

接下来我们谈谈AIO的问题，AIO希望的是，你select，poll，epoll都需要用一个函数去监控一大堆fd，那么我AIO不需要了，你把fd告诉内核，你应用程序无需等待，内核会通过信号等软中断告诉应用程序，数据来了，你直接读了，所以，用了AIO可以废弃select，poll，epoll。

但linux的AIO的实现方式是内核和应用共享一片内存区域，应用通过检测这个内存区域（避免调用nonblocking的read、write函数来测试是否来数据，因为即便调用nonblocking的read和write由于进程要切换用户态和内核态，仍旧效率不高）来得知fd是否有数据，可是检测内存区域毕竟不是实时的，你需要在线程里构造一个监控内存的循环，设置sleep，总的效率不如epoll这样的实时通知。所以，AIO是渣，适合低并发的IO操作。所以java7引入的NIO.2引入的AIO对高并发的网络IO设计程序来说，也是渣，只有Netty的epoll+edge-triggered notification最牛，能在linux让应用和OS取得最高效率的沟通。

面试必问的epoll技术，从内核源码出发彻底搞懂epoll

epoll是linux中IO多路复用的一种机制，I/O多路复用就是通过一种机制，一个进程可以监视多个描述符，一旦某个描述符就绪（一般是读就绪或者写就绪），能够通知程序进行相应的读写操作。当然linux中IO多路复用不仅仅是epoll，其他多路复用机制还有select、poll，但是接下来介绍epoll的内核实现。

events可以是以下几个宏的集合：

epoll相比select/poll的优势 ：

epoll相关的内核代码在fs/eventpoll.c文件中，下面分别分析epoll_create、epoll_ctl和epoll_wait三个函数在内核中的实现，分析所用linux内核源码为4.1.2版本。

epoll_create用于创建一个epoll的句柄，其在内核的系统实现如下：

sys_epoll_create:

可见，我们在调用epoll_create时，传入的size参数，仅仅是用来判断是否小于等于0，之后再也没有其他用处。

整个函数就3行代码，真正的工作还是放在sys_epoll_create1函数中。

sys_epoll_create - sys_epoll_create1:

sys_epoll_create1 函数流程如下：

sys_epoll_create - sys_epoll_create1 - ep_alloc:

sys_epoll_create - sys_epoll_create1 - ep_alloc - get_unused_fd_flags:

linux内核中，current是个宏，返回的是一个task_struct结构（我们称之为进程描述符）的变量，表示的是当前进程，进程打开的文件资源保存在进程描述符的files成员里面，所以current-files返回的当前进程打开的文件资源。rlimit(RLIMIT_NOFILE) 函数获取的是当前进程可以打开的最大文件描述符数，这个值可以设置，默认是1024。

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__alloc_fd的工作是为进程在[start,end)之间(备注：这里start为0， end为进程可以打开的最大文件描述符数)分配一个可用的文件描述符,这里就不继续深入下去了，代码如下：

sys_epoll_create - sys_epoll_create1 - ep_alloc - get_unused_fd_flags - __alloc_fd:

然后，epoll_create1会调用anon_inode_getfile，创建一个file结构，如下：

sys_epoll_create - sys_epoll_create1 - anon_inode_getfile:

anon_inode_getfile函数中首先会alloc一个file结构和一个dentry结构，然后将该file结构与一个匿名inode节点anon_inode_inode挂钩在一起，这里要注意的是，在调用anon_inode_getfile函数申请file结构时，传入了前面申请的eventpoll结构的ep变量，申请的file-private_data会指向这个ep变量，同时，在anon_inode_getfile函数返回来后，ep-file会指向该函数申请的file结构变量。

简要说一下file/dentry/inode，当进程打开一个文件时，内核就会为该进程分配一个file结构，表示打开的文件在进程的上下文，然后应用程序会通过一个int类型的文件描述符来访问这个结构，实际上内核的进程里面维护一个file结构的数组，而文件描述符就是相应的file结构在数组中的下标。

dentry结构（称之为“目录项”）记录着文件的各种属性，比如文件名、访问权限等，每个文件都只有一个dentry结构，然后一个进程可以多次打开一个文件，多个进程也可以打开同一个文件，这些情况，内核都会申请多个file结构，建立多个文件上下文。但是，对同一个文件来说，无论打开多少次，内核只会为该文件分配一个dentry。所以，file结构与dentry结构的关系是多对一的。

同时，每个文件除了有一个dentry目录项结构外，还有一个索引节点inode结构，里面记录文件在存储介质上的位置和分布等信息，每个文件在内核中只分配一个inode。 dentry与inode描述的目标是不同的，一个文件可能会有好几个文件名（比如链接文件），通过不同文件名访问同一个文件的权限也可能不同。dentry文件所代表的是逻辑意义上的文件，记录的是其逻辑上的属性，而inode结构所代表的是其物理意义上的文件，记录的是其物理上的属性。dentry与inode结构的关系是多对一的关系。

sys_epoll_create - sys_epoll_create1 - fd_install:

总结epoll_create函数所做的事：调用epoll_create后，在内核中分配一个eventpoll结构和代表epoll文件的file结构，并且将这两个结构关联在一块，同时，返回一个也与file结构相关联的epoll文件描述符fd。当应用程序操作epoll时，需要传入一个epoll文件描述符fd，内核根据这个fd，找到epoll的file结构，然后通过file，获取之前epoll_create申请eventpoll结构变量，epoll相关的重要信息都存储在这个结构里面。接下来，所有epoll接口函数的操作，都是在eventpoll结构变量上进行的。

所以，epoll_create的作用就是为进程在内核中建立一个从epoll文件描述符到eventpoll结构变量的通道。

epoll_ctl接口的作用是添加/修改/删除文件的监听事件，内核代码如下：

sys_epoll_ctl:

根据前面对epoll_ctl接口的介绍，op是对epoll操作的动作（添加/修改/删除事件），ep_op_has_event(op)判断是否不是删除操作，如果op != EPOLL_CTL_DEL为true，则需要调用copy_from_user函数将用户空间传过来的event事件拷贝到内核的epds变量中。因为，只有删除操作，内核不需要使用进程传入的event事件。

接着连续调用两次fdget分别获取epoll文件和被监听文件（以下称为目标文件）的file结构变量（备注：该函数返回fd结构变量，fd结构包含file结构）。

接下来就是对参数的一些检查，出现如下情况，就可以认为传入的参数有问题，直接返回出错：

当然下面还有一些关于操作动作如果是添加操作的判断，这里不做解释，比较简单，自行阅读。

在ep里面，维护着一个红黑树，每次添加注册事件时，都会申请一个epitem结构的变量表示事件的监听项，然后插入ep的红黑树里面。在epoll_ctl里面，会调用ep_find函数从ep的红黑树里面查找目标文件表示的监听项，返回的监听项可能为空。

接下来switch这块区域的代码就是整个epoll_ctl函数的核心，对op进行switch出来的有添加(EPOLL_CTL_ADD)、删除(EPOLL_CTL_DEL)和修改(EPOLL_CTL_MOD)三种情况，这里我以添加为例讲解，其他两种情况类似，知道了如何添加监听事件，其他删除和修改监听事件都可以举一反三。

为目标文件添加监控事件时，首先要保证当前ep里面还没有对该目标文件进行监听，如果存在(epi不为空)，就返回-EEXIST错误。否则说明参数正常，然后先默认设置对目标文件的POLLERR和POLLHUP监听事件，然后调用ep_insert函数，将对目标文件的监听事件插入到ep维护的红黑树里面：

sys_epoll_ctl - ep_insert:

前面说过，对目标文件的监听是由一个epitem结构的监听项变量维护的，所以在ep_insert函数里面，首先调用kmem_cache_alloc函数，从slab分配器里面分配一个epitem结构监听项，然后对该结构进行初始化，这里也没有什么好说的。我们接下来看ep_item_poll这个函数调用：

sys_epoll_ctl - ep_insert - ep_item_poll:

ep_item_poll函数里面，调用目标文件的poll函数，这个函数针对不同的目标文件而指向不同的函数，如果目标文件为套接字的话，这个poll就指向sock_poll，而如果目标文件为tcp套接字来说，这个poll就是tcp_poll函数。虽然poll指向的函数可能会不同，但是其作用都是一样的，就是获取目标文件当前产生的事件位，并且将监听项绑定到目标文件的poll钩子里面（最重要的是注册ep_ptable_queue_proc这个poll callback回调函数），这步操作完成后，以后目标文件产生事件就会调用ep_ptable_queue_proc回调函数。

接下来，调用list_add_tail_rcu将当前监听项添加到目标文件的f_ep_links链表里面，该链表是目标文件的epoll钩子链表，所有对该目标文件进行监听的监听项都会加入到该链表里面。

然后就是调用ep_rbtree_insert，将epi监听项添加到ep维护的红黑树里面,这里不做解释，代码如下：

sys_epoll_ctl - ep_insert - ep_rbtree_insert:

前面提到，ep_insert有调用ep_item_poll去获取目标文件产生的事件位，在调用epoll_ctl前这段时间，可能会产生相关进程需要监听的事件，如果有监听的事件产生，(revents event-events 为 true)，并且目标文件相关的监听项没有链接到ep的准备链表rdlist里面的话，就将该监听项添加到ep的rdlist准备链表里面，rdlist链接的是该epoll描述符监听的所有已经就绪的目标文件的监听项。并且，如果有任务在等待产生事件时，就调用wake_up_locked函数唤醒所有正在等待的任务，处理相应的事件。当进程调用epoll_wait时，该进程就出现在ep的wq等待队列里面。接下来讲解epoll_wait函数。

总结epoll_ctl函数：该函数根据监听的事件，为目标文件申请一个监听项，并将该监听项挂人到eventpoll结构的红黑树里面。

epoll_wait等待事件的产生，内核代码如下：

sys_epoll_wait:

首先是对进程传进来的一些参数的检查：

参数全部检查合格后，接下来就调用ep_poll函数进行真正的处理：

sys_epoll_wait - ep_poll:

ep_poll中首先是对等待时间的处理，timeout超时时间以ms为单位，timeout大于0，说明等待timeout时间后超时，如果timeout等于0，函数不阻塞，直接返回，小于0的情况，是永久阻塞，直到有事件产生才返回。

当没有事件产生时（(!ep_events_available(ep))为true）,调用__add_wait_queue_exclusive函数将当前进程加入到ep-wq等待队列里面，然后在一个无限for循环里面，首先调用set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE)，将当前进程设置为可中断的睡眠状态，然后当前进程就让出cpu，进入睡眠，直到有其他进程调用wake_up或者有中断信号进来唤醒本进程，它才会去执行接下来的代码。

如果进程被唤醒后，首先检查是否有事件产生，或者是否出现超时还是被其他信号唤醒的。如果出现这些情况，就跳出循环，将当前进程从ep-wp的等待队列里面移除，并且将当前进程设置为TASK_RUNNING就绪状态。

如果真的有事件产生，就调用ep_send_events函数，将events事件转移到用户空间里面。

sys_epoll_wait - ep_poll - ep_send_events:

ep_send_events没有什么工作，真正的工作是在ep_scan_ready_list函数里面：

sys_epoll_wait - ep_poll - ep_send_events - ep_scan_ready_list:

ep_scan_ready_list首先将ep就绪链表里面的数据链接到一个全局的txlist里面，然后清空ep的就绪链表，同时还将ep的ovflist链表设置为NULL，ovflist是用单链表，是一个接受就绪事件的备份链表，当内核进程将事件从内核拷贝到用户空间时，这段时间目标文件可能会产生新的事件，这个时候，就需要将新的时间链入到ovlist里面。

仅接着，调用sproc回调函数(这里将调用ep_send_events_proc函数)将事件数据从内核拷贝到用户空间。

sys_epoll_wait - ep_poll - ep_send_events - ep_scan_ready_list - ep_send_events_proc:

ep_send_events_proc回调函数循环获取监听项的事件数据，对每个监听项，调用ep_item_poll获取监听到的目标文件的事件，如果获取到事件，就调用__put_user函数将数据拷贝到用户空间。

回到ep_scan_ready_list函数，上面说到，在sproc回调函数执行期间，目标文件可能会产生新的事件链入ovlist链表里面，所以，在回调结束后，需要重新将ovlist链表里面的事件添加到rdllist就绪事件链表里面。

同时在最后，如果rdlist不为空（表示是否有就绪事件），并且由进程等待该事件，就调用wake_up_locked再一次唤醒内核进程处理事件的到达（流程跟前面一样，也就是将事件拷贝到用户空间）。

到这，epoll_wait的流程是结束了，但是有一个问题，就是前面提到的进程调用epoll_wait后会睡眠，但是这个进程什么时候被唤醒呢？在调用epoll_ctl为目标文件注册监听项时，对目标文件的监听项注册一个ep_ptable_queue_proc回调函数，ep_ptable_queue_proc回调函数将进程添加到目标文件的wakeup链表里面，并且注册ep_poll_callbak回调，当目标文件产生事件时，ep_poll_callbak回调就去唤醒等待队列里面的进程。

总结一下epoll该函数： epoll_wait函数会使调用它的进程进入睡眠（timeout为0时除外），如果有监听的事件产生，该进程就被唤醒，同时将事件从内核里面拷贝到用户空间返回给该进程。

linux epoll是只针对网络编程吗

对于改进poll的epoll来说：支持一个进程打开大数目的socket描述符，也就是说与本机的内存是有关系的！( 一般服务器的都是很大的！ )

下面是我的小PC机上的显示：

pt@ubuntu:~$ cat /proc/sys/fs/file-max

391658

达到了391658个，那么对于服务器而言，显然，嘿嘿嘿～～～

epoll的基础知识吧大家在网上到处都能找到，不就是epoll_creat 、epoll_ctl、epoll_wait 3函数！大家自己搜去，我也是在学习。。。

此处主要是贴上自己的测试的一些垃圾代码，与大家共勉！呵呵呵～

哦，忘了要注意一下：

epoll_ctl epoll的事件注册函数，其events参数可以是以下宏的集合：

EPOLLIN： 表示对应的文件描述符可以读（包括对端SOCKET正常关闭）；

EPOLLOUT： 表示对应的文件描述符可以写；

EPOLLPRI： 表示对应的文件描述符有紧急的数据可读（这里应该表示有带外数据到来）；

EPOLLERR： 表示对应的文件描述符发生错误；写已关闭socket pipe broken

EPOLLHUP： 表示对应的文件描述符被挂断；譬如收到RST包。在注册事件的时候这个事件是默认添加。

EPOLLRDHUP： 表示对应的文件描述符对端socket关闭事件，主要应用于ET模式下。

在水平触发模式下，如果对端socket关闭，则会一直触发epollin事件，驱动去处理client socket。

在边沿触发模式下，如果client首先发送协议然后shutdown写端。则会触发epollin事件。但是如果处理程序只进行一次recv操作时，根据recv收取到得数据长度来判读后边是

否还有需要处理的协议时，将丢失客户端关闭事件。

EPOLLET： 将EPOLL设为边缘触发(Edge Triggered)模式，这是相对于水平触发(Level Triggered)来说的。

EPOLLONESHOT：只监听一次事件，当监听完这次事件之后，如果还需要继续监听这个socket的话，需要再次把这个socket加入到EPOLL队列里

server端：

[cpp] view plaincopy

#include stdio.h

#include unistd.h

#include stdlib.h

#include string.h

#include sys/types.h

#include errno.h

#include sys/socket.h

#include netinet/in.h /* socket类定义需要*/

#include sys/epoll.h /* epoll头文件 */

#include fcntl.h /* nonblocking需要 */

#include sys/resource.h /* 设置最大的连接数需要setrlimit */

#define MAXEPOLL 10000 /* 对于服务器来说，这个值可以很大的！ */

#define MAXLINE 1024

#define PORT 6000

#define MAXBACK 1000

//! 设置非阻塞

//!

int setnonblocking( int fd )

{

if( fcntl( fd, F_SETFL, fcntl( fd, F_GETFD, 0 )|O_NONBLOCK ) == -1 )

{

printf("Set blocking error : %d\n", errno);

return -1;

}

return 0;

}

int main( int argc, char ** argv )

{

int listen_fd;

int conn_fd;

int epoll_fd;

int nread;

int cur_fds; //! 当前已经存在的数量

int wait_fds; //! epoll_wait 的返回值

int i;

struct sockaddr_in servaddr;

struct sockaddr_in cliaddr;

struct epoll_event ev;

struct epoll_event evs[MAXEPOLL];

struct rlimit rlt; //! 设置连接数所需

char buf[MAXLINE];

socklen_t len = sizeof( struct sockaddr_in );

//! 设置每个进程允许打开的最大文件数

//! 每个主机是不一样的哦，一般服务器应该很大吧！

//!

rlt.rlim_max = rlt.rlim_cur = MAXEPOLL;

if( setrlimit( RLIMIT_NOFILE, rlt ) == -1 )

{

printf("Setrlimit Error : %d\n", errno);

exit( EXIT_FAILURE );

}

//! server 套接口

//!

bzero( servaddr, sizeof( servaddr ) );

servaddr.sin_family = AF_INET;

servaddr.sin_addr.s_addr = htonl( INADDR_ANY );

servaddr.sin_port = htons( PORT );

//! 建立套接字

if( ( listen_fd = socket( AF_INET, SOCK_STREAM, 0 ) ) == -1 )

{

printf("Socket Error...\n" , errno );

exit( EXIT_FAILURE );

}

//! 设置非阻塞模式

//!

if( setnonblocking( listen_fd ) == -1 )

{

printf("Setnonblocking Error : %d\n", errno);

exit( EXIT_FAILURE );

}

//! 绑定

//!

if( bind( listen_fd, ( struct sockaddr *)servaddr, sizeof( struct sockaddr ) ) == -1 )

{

printf("Bind Error : %d\n", errno);

exit( EXIT_FAILURE );

}

//! 监听

//!

if( listen( listen_fd, MAXBACK ) == -1 )

{

printf("Listen Error : %d\n", errno);

exit( EXIT_FAILURE );

}

//! 创建epoll

//!

epoll_fd = epoll_create( MAXEPOLL ); //! create

ev.events = EPOLLIN | EPOLLET; //! accept Read!

ev.data.fd = listen_fd; //! 将listen_fd 加入

if( epoll_ctl( epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, listen_fd, ev ) 0 )

{

printf("Epoll Error : %d\n", errno);

exit( EXIT_FAILURE );

}

cur_fds = 1;

while( 1 )

{

if( ( wait_fds = epoll_wait( epoll_fd, evs, cur_fds, -1 ) ) == -1 )

{

printf( "Epoll Wait Error : %d\n", errno );

exit( EXIT_FAILURE );

}

for( i = 0; i wait_fds; i++ )

{

if( evs[i].data.fd == listen_fd cur_fds MAXEPOLL )

//! if是监听端口有事

{

if( ( conn_fd = accept( listen_fd, (struct sockaddr *)cliaddr, len ) ) == -1 )

{

printf("Accept Error : %d\n", errno);

exit( EXIT_FAILURE );

}

printf( "Server get from client !\n"/*, inet_ntoa(cliaddr.sin_addr), cliaddr.sin_port */);

ev.events = EPOLLIN | EPOLLET; //! accept Read!

ev.data.fd = conn_fd; //! 将conn_fd 加入

if( epoll_ctl( epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, conn_fd, ev ) 0 )

{

printf("Epoll Error : %d\n", errno);

exit( EXIT_FAILURE );

}

++cur_fds;

continue;

}

//! 下面处理数据

//!

nread = read( evs[i].data.fd, buf, sizeof( buf ) );

if( nread = 0 ) //! 结束后者出错

{

close( evs[i].data.fd );

epoll_ctl( epoll_fd, EPOLL_CTL_DEL, evs[i].data.fd, ev ); //! 删除计入的fd

--cur_fds; //! 减少一个呗！

continue;

}

write( evs[i].data.fd, buf, nread ); //! 回写

}

}