linux关于epoll概述（各项组成，以及作用）

本文主要是介绍linux关于epoll概述（各项组成，以及作用），希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

在 Linux 中，多个进程可以各自创建自己的 epoll 对象，每个进程都有独立的 epoll 实例，即拥有独立的 eventpoll 结构体和相关的数据结构（如红黑树、就绪列表等）。

当一个进程调用 epoll_create 函数时，Linux 内核会为该进程创建一个 eventpoll 对象。这个对象用于管理该进程所关注的文件描述符及其相关事件。

每个进程通过 epoll_ctl 函数向自己的 epoll 对象中添加、修改或删除需要监听的文件描述符及其事件。

通过 epoll_wait 函数，进程可以阻塞等待其 epoll 对象中注册的事件发生，并获取发生的事件。

这样，不同的进程可以独立地管理自己的文件描述符集合，各自进行事件的监听和处理，它们之间不会相互干扰。

多个进程可以有多个 epoll 对象， epoll 也可以在一个进程内实现高效的 I/O 多路复用，集中管理和处理多个文件描述符的事件。而这里进一步说明了多个进程可以各自使用 epoll 来管理属于自己进程的文件描述符，每个进程都有自己独立的管理机制。

例如，进程 A 和进程 B 都可以创建自己的 epoll 对象，分别添加各自需要监听的文件描述符，并通过各自的 epoll_wait 等待事件发生，然后进行相应的处理。它们的 epoll 操作是相互独立的。

epoll 的这种设计使得在多进程环境中，每个进程都可以根据自己的需求灵活地使用 epoll 来实现高效的 I/O 事件监听和处理，同时避免了不同进程之间的干扰和冲突。

以下是 epoll 相关操作的简要介绍：

• epoll_create：创建一个 epoll 实例，内核会创建一个 eventpoll 对象，用于存储相关数据结构。该函数返回一个文件描述符，作为后续其他 epoll 系统调用的第一个参数。

• epoll_ctl：用于向 epoll 对象中添加、删除或修改所要监听的文件描述符及其相关事件。通过指定不同的操作类型（如 EPOLL_CTL_ADD、EPOLL_CTL_DEL、EPOLL_CTL_MOD）来实现相应的功能。

• epoll_wait：阻塞等待 epoll 监控的事件中已发送的事件。内核会将发生的事件赋值到提供的 epoll_event 结构体数组中。如果在给定的超时时间内有事件发生，返回事件的数量；如返回 0 表示超时；小于 0 表示出错。

整个过程结合 TCP 三次握手、四次挥手以及文件读取等操作如下（以服务器端为例）：

1. 服务器创建监听套接字（使用 socket 函数）。

2. 调用 bind 函数将套接字与特定的地址和端口绑定。

3. 调用 listen 函数使套接字进入监听状态，准备接受客户端连接请求。

4. 服务器进程调用 epoll_create 创建一个 epoll 实例，获得 epoll 文件描述符 epfd。

5. 通过 epoll_ctl 将监听套接字添加到 epoll 实例中，注册感兴趣的事件（如可读事件 EPOLLIN）。

6. 进入事件循环，在循环中调用 epoll_wait 等待事件发生。

7. 当有新的客户端发起 TCP 三次握手，连接建立成功后，内核会将监听套接字的可读事件添加到 epoll 实例的就绪列表中。

8. epoll_wait 返回，服务器进程得知有新连接到来，通过 accept 函数接受连接，获得与客户端通信的新套接字。

9. 再次使用 epoll_ctl 将新的通信套接字添加到 epoll 实例中，注册相关事件（如可读、可写等）。

10. 后续服务器通过 epoll_wait 监测通信套接字上的事件，例如客户端发送数据导致可读事件触发。

11. 服务器读取数据进行处理，处理完毕后如果需要回复数据给客户端，则可进行写操作。

12. 当客户端关闭连接时，会触发四次挥手过程，相应的套接字上可能会有可读事件（表示对端关闭）或其他相关事件。

13. 服务器根据事件进行相应处理，如关闭套接字等。

14. 重复步骤 6 至步骤 13，以处理更多的客户端连接和事件。

在这个过程中，epoll 高效地管理着多个套接字的事件，避免了传统方式（如 select 或轮询）中需要遍历所有套接字来检查事件的低效率操作。文件读取等操作则是在有相关事件触发（如套接字可读）后进行的实际数据读取和处理。同时，通过合理地添加、删除套接字到 epoll 实例，以及处理 TCP 连接的建立和关闭，实现了对多个连接的有效管理。而 socket 创建和销毁则是根据实际的连接建立和关闭来进行的，当不再需要某个套接字时，会进行相应的关闭操作，释放相关资源。

在具体的实现中，epoll 利用红黑树来快速查找和管理注册的套接字，以及就绪列表来存储已触发事件的套接字，从而实现高效的事件通知机制。不同进程可以各自创建和使用 epoll 实例来管理属于自己的套接字，彼此不会相互影响。这种方式使得服务器能够同时处理大量并发连接，提高了系统的性能和可扩展性。

示例代码：

#include <stdio.h>  // C 标准输入输出库
#include <stdlib.h>  // C 标准库
#include <string.h>  // C 字符串操作库
#include <unistd.h>  // Unix 标准库
#include <sys/epoll.h>  // epoll 相关系统调用的头文件
#include <sys/socket.h>  // 套接字相关系统调用的头文件#define MAX_EVENTS 10  // 最大事件数量// 处理连接的函数
void handle_connection(int sockfd) {char buffer[1024];  // 接收数据的缓冲区int n = recv(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0);  // 从套接字接收数据if (n > 0) {  // 接收成功buffer[n] = '\0';  // 添加字符串结束符printf("Received: %s\n", buffer);  // 打印接收到的数据} else if (n == 0) {  // 客户端断开连接printf("Client disconnected\n");  // 打印提示信息} else {  // 接收出错perror("recv error");  // 打印错误信息}
}int main() {int epfd = epoll_create1(0);  // 创建 epoll 实例if (epfd == -1) {  // 创建失败perror("epoll_create1");  // 打印错误信息exit(EXIT_FAILURE);  // 退出程序}int listen_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);  // 创建监听套接字if (listen_sock == -1) {  // 创建失败perror("socket");  // 打印错误信息exit(EXIT_FAILURE);  // 退出程序}struct sockaddr_in server_addr;  // 服务器地址结构体memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));  // 初始化结构体为 0server_addr.sin_family = AF_INET;  // 设置地址族为 IPv4server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;  // 监听所有本地地址server_addr.sin_port = htons(8080);  // 设置端口为 8080（网络字节序）if (bind(listen_sock, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {  // 绑定套接字到地址perror("bind");  // 打印错误信息exit(EXIT_FAILURE);  // 退出程序}if (listen(listen_sock, 5) == -1) {  // 开始监听，允许 5 个连接排队perror("listen");  // 打印错误信息exit(EXIT_FAILURE);  // 退出程序}struct epoll_event event;  // epoll 事件结构体event.data.fd = listen_sock;  // 设置事件关联的文件描述符为监听套接字event.events = EPOLLIN;  // 关注可读事件if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, listen_sock, &event) == -1) {  // 将监听套接字添加到 epoll 实例perror("epoll_ctl");  // 打印错误信息exit(EXIT_FAILURE);  // 退出程序}struct epoll_event events[MAX_EVENTS];  // epoll 事件数组while (1) {  // 无限循环int nfds = epoll_wait(epfd, events, MAX_EVENTS, -1);  // 等待 epoll 事件if (nfds == -1) {  // 等待出错perror("epoll_wait");  // 打印错误信息break;  // 退出循环}for (int i = 0; i < nfds; i++) {  // 遍历发生的事件if (events[i].data.fd == listen_sock) {  // 如果是监听套接字的事件int client_sock = accept(listen_sock, NULL, NULL);  // 接受新连接if (client_sock == -1) {  // 接受连接出错perror("accept");  // 打印错误信息} else {  // 接受连接成功event.data.fd = client_sock;  // 设置新连接的套接字event.events = EPOLLIN;  // 关注可读事件if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, client_sock, &event) == -1) {  // 将新连接添加到 epoll 实例perror("epoll_ctl");  // 打印错误信息}}} else {  // 如果是客户端连接的事件handle_connection(events[i].data.fd);  // 处理连接}}}close(listen_sock);  // 关闭监听套接字close(epfd);  // 关闭 epoll 实例return 0;  // 程序正常结束返回 0
}

以下是这段代码的实现链路分析：

1. 在 main 函数中，首先使用 epoll_create1 函数创建一个 epoll 实例，并获取其文件描述符 epfd 。如果创建失败，会打印错误信息并退出程序。
2. 使用 socket 函数创建一个监听套接字 listen_sock ，用于接收客户端的连接请求。如果创建失败，同样会打印错误并退出。
3. 初始化服务器地址结构体 server_addr ，设置地址族、监听的本地地址和端口。
4. 通过 bind 函数将监听套接字与地址绑定，通过 listen 函数开始监听，指定队列中允许等待连接的最大数量。
5. 配置一个 epoll_event 结构体 event ，将监听套接字与关注的可读事件 EPOLLIN 关联，并使用 epoll_ctl 将监听套接字添加到 epoll 实例中进行监控。
6. 进入一个无限循环，通过 epoll_wait 函数等待 epoll 事件的发生。
7. 当有事件发生时，通过遍历返回的事件数组 events 来处理。
   • 如果是监听套接字的事件，使用 accept 函数接受新的客户端连接，获取新的客户端套接字 client_sock 。若接受连接成功，再次配置 epoll_event 结构体，并将新的客户端套接字添加到 epoll 实例中进行监控。
   • 如果是客户端套接字的事件，调用 handle_connection 函数处理客户端的连接，在函数中通过 recv 函数接收数据，并根据接收结果进行相应的处理。
8. 循环结束后，关闭监听套接字和 epoll 实例。

总的来说，这段代码实现了一个基于 epoll 的简单服务器，能够接受客户端连接并处理客户端发送的数据。

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