linuxepoll编程

Ⅰ epoll编程，如何实现高并发服务器开发

首先，我们需要了解epoll编程的概念。epoll是一项对linux内核进行的轮询，以处理大量的文件描述符和一个增强版的Linux下多路复用IO接口选择/投票。

一个成熟的高性能服务器，epoll相关代码，不到1万分之一。在今天的posix和Unix /BSD/ systemv设计的回顾中，epoll补丁不应该被实现。异步反应器框架应该只有一个简单的、统一的选择器。

5、是不是可以使用epoll技术跟多线程技术配合开发？如何？
6、系统应该怎样开发使用TCP协议。

Ⅱ 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_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。

Ⅲ 关于Linux下的select/epoll

select这个系统调用的原型如下

第一个参数nfds用来告诉内核 要扫描的socket fd的数量+1 ，select系统调用最大接收的数量是1024，但是如果每次都去扫描1024，实际上的数量并不多，则效率太低，这里可以指定需要扫描的数量。 最大数量为1024，如果需要修改这个数量，则需要重新编译Linux内核源码。
第2、3、4个参数分别是readfds、writefds、exceptfds，传递的参数应该是fd_set 类型的引用，内核会检测每个socket的fd， 如果没有读事件，就将对应的fd从第二个参数传入的fd_set中移除，如果没有写事件，就将对应的fd从第二个参数的fd_set中移除，如果没有异常事件，就将对应的fd从第三个参数的fd_set中移除 。这里我们应该 要将实际的readfds、writefds、exceptfds拷贝一份副本传进去，而不是传入原引用，因为如果传递的是原引用，某些socket可能就已经丢失 。
最后一个参数是等待时间， 传入0表示非阻塞，传入>0表示等待一定时间，传入NULL表示阻塞，直到等到某个socket就绪 。

FD_ZERO()这个函数将fd_set中的所有bit清0，一般用来进行初始化等。
FD_CLR()这个函数用来将bitmap(fd_set )中的某个bit清0，在客户端异常退出时就会用到这个函数，将fd从fd_set中删除。
FD_ISSET()用来判断某个bit是否被置1了，也就是判断某个fd是否在fd_set中。
FD_SET()这个函数用来将某个fd加入fd_set中，当客户端新加入连接时就会使用到这个函数。

epoll_create系统调用用来创建epfd，会在开辟一块内存空间(epoll的结构空间)。size为epoll上能关注的最大描述符数，不够会进行扩展，size只要＞0就行，早期的设计size是固定大小，但是现在size参数没什么用，会自动扩展。
返回值是epfd，如果为-1则说明创建epoll对象失败 。

第一个参数epfd传入的就是epoll_create返回的epfd。
第二个参数传入对应操作的宏，包括 增删改(EPOLL_CTL_ADD、EPOLL_CTL_DEL、EPOLL_CTL_MOD) 。
第三个参数传入的是 需要增删改的socket的fd 。
第四个参数传入的是 需要操作的fd的哪些事件 ，具体的事件可以看后续。
返回值是一个int类型，如果为-1则说明操作失败 。

第一个参数是epfd，也就是epoll_create的返回值。
第二个参数是一个epoll_event类型的指针，也就是传入的是一个数组指针。 内核会将就绪的socket的事件拷贝到这个数组中，用户可以根据这个数组拿到事件和消息等 。
第三个参数是maxevents，传入的是 第二个参数的数组的容量 。
第四个参数是timeout， 如果设为-1一直阻塞直到有就绪数据为止，如果设为0立即返回，如果＞0那么阻塞一段时间 。
返回值是一个int类型，也就是就绪的socket的事件的数量(内核拷贝给用户的events的元素的数量)，通过这个数量可以进行遍历处理每个事件 。

一般需要传入 ev.data.fd 和 ev.events ，也就是fd和需要监控的fd的事件。事件如果需要传入多个，可以通过按位与来连接，比如需要监控读写事件，只需要像如下这样操作即可： ev.events=EPOLLIN | EPOLLOUT 。

LT(水平触发)， 默认 的工作模式， 事件就绪后用户可以选择处理和不处理，如果用户不处理，内核会对这部分数据进行维护，那么下次调用epoll_wait()时仍旧会打包出来 。
ET(边缘触发)，事件就绪之后， 用户必须进行处理 ，因为内核把事件打包出来之后就把对应的就绪事件给清掉了， 如果不处理那么就绪事件就没了 。ET可以减少epoll事件被重复触发的次数，效率比LT高。
如果需要设置为边缘触发只需要设置事件为类似 ev.events=EPOLLIN | EPOLLET 即可 。

select/poll/epoll是nio多路复用技术， 传统的bio无法实现C10K/C100K ，也就是无法满足1w/10w的并发量，在这么高的并发量下，在进行上下文切换就很容易将服务器的负载拉飞。

1.将fd_set从用户态拷贝到内核态
2.根据fd_set扫描内存中的socket的fd的状态，时间复杂度为O(n)
3.检查fd_set，如果有已经就绪的socket，就给对应的socket的fd打标记，那么就return 就绪socket的数量并唤醒当前线程，如果没有就绪的socket就继续阻塞当前线程直到有socket就绪才将当前线程唤醒。
4.如果想要获取当前已经就绪的socket列表，则还需要进行一次系统调用，使用O(n)的时间去扫描socket的fd列表，将已经打上标记的socket的fd返回。

CPU在同一个时刻只能执行一个程序，通过RR时间片轮转去切换执行各个程序。没有被挂起的进程(线程)则在工作队列中排队等待CPU的执行，将进程(线程)从工作队列中移除就是挂起，反映到Java层面的就是线程的阻塞。

什么是中断？当我们使用键盘、鼠标等IO设备的时候，会给主板一个电流信号，这个电流信号就给CPU一个中断信号，CPU执行完当前的指令便会保存现场，然后执行键盘/鼠标等设备的中断程序，让中断程序获取CPU的使用权，在中断程序后又将现场恢复，继续执行之前的进程。

如果第一次没检测到就绪的socket，就要将其进程(线程)从工作队列中移除，并加入到socket的等待队列中。

socket包含读缓冲区+写缓冲区+等待队列(放线程或eventpoll对象)

当从客户端往服务器端发送数据时，使用TCP/IP协议将通过物理链路、网线发给服务器的网卡设备，网卡的DMA设备将接收到的的数据写入到内存中的一块区域(网卡缓冲区)，然后会给CPU发出一个中断信号，CPU执行完当前指令则会保存现场，然后网卡的中断程序就获得了CPU的使用权，然后CPU便开始执行网卡的中断程序，将内存中的缓存区中的数据包拿出，判断端口号便可以判断它是哪个socket的数据，将数据包写入对应的socket的读(输入)缓冲区，去检查对应的socket的等待队列有没有等待着的进程(线程)，如果有就将该线程(进程)从socket的等待队列中移除，将其加入工作队列，这时候该进程(线程)就再次拥有了CPU的使用权限，到这里中断程序就结束了。

之后这个进程(线程)就执行select函数再次去检查fd_set就能发现有socket缓冲区中有数据了，就将该socket的fd打标记，这个时候select函数就执行完了，这时候就会给上层返回一个int类型的数值，表示已经就绪的socket的数量或者是发生了错误。这个时候就再进行内核态到用户态的切换，对已经打标记的socket的fd进行处理。

将原本1024bit长度的bitmap(fd_set)换成了数组的方式传入 ，可以 解决原本1024个不够用的情况 ，因为传入的是数组，长度可以不止是1024了，因此socket数量可以更多，在Kernel底层会将数组转换成链表。

在十多年前，linux2.6之前，不支持epoll，当时可能会选择用Windows/Unix用作服务器，而不会去选择Linux，因为select/poll会随着并发量的上升，性能变得越来越低，每次都得检查所有的Socket列表。

1.select/poll每次调用都必须根据提供所有的socket集合，然后就 会涉及到将这个集合从用户空间拷贝到内核空间，在这个过程中很耗费性能 。但是 其实每次的socket集合的变化也许并不大，也许就1-2个socket ，但是它会全部进行拷贝，全部进行遍历一一判断是否就绪。

2.select/poll的返回类型是int，只能代表当前的就绪的socket的数量/发生了错误， 如果还需要知道是哪些socket就绪了，则还需要再次使用系统调用去检查哪些socket是就绪的，又是一次O(n)的操作，很耗费性能 。

1.epoll在Kernel内核中存储了对应的数据结构(eventpoll)。我们可以 使用epoll_create()这个系统调用去创建一个eventpoll对象 ，并返回eventpoll的对象id(epfd)，eventpoll对象主要包括三个部分：需要处理的正在监听的socket_fd列表(红黑树结构)、socket就绪列表以及等待队列(线程)。

2.我们可以使用epoll_ctl()这个系统调用对socket_fd列表进行CRUD操作，因为可能频繁地进行CRUD，因此 socket_fd使用的是红黑树的结构 ，让其效率能更高。epoll_ctl()传递的参数主要是epfd(eventpoll对象id)。

3.epoll_wait()这个系统调用默认会 将当前进程(线程)阻塞，加入到eventpoll对象的等待队列中，直到socket就绪列表中有socket，才会将该进程(线程)重新加入工作队列 ，并返回就绪队列中的socket的数量。

socket包含读缓冲区、写缓冲区和等待队列。当使用epoll_ctl()系统调用将socket新加入socket_fd列表时，就会将eventpoll对象引用加到socket的等待队列中， 当网卡的中断程序发现socket的等待队列中不是一个进程(线程)，而是一个eventpoll对象的引用，就将socket引用追加到eventpoll对象的就绪列表的尾部 。而eventpoll对象中的等待队列存放的就是调用了epoll_wait()的进程(线程)，网卡的中断程序执行会将等待队列中的进程(线程)重新加入工作队列，让其拥有占用CPU执行的资格。epoll_wait()的返回值是int类型，返回的是就绪的socket的数量/发生错误，-1表示发生错误。

epoll的参数有传入一个epoll_event的数组指针(作为输出参数)，在调用epoll_wait()返回的同时，Kernel内核还会将就绪的socket列表添加到epoll_event类型的数组当中。

Ⅳ linux手册翻译——epoll(7)

epoll — I/O 事件通知机制

epoll API与poll具有相同功能：监视多个文件描述符，以查看这些文件描述符中任何一个上可以进行特定的I/O操作，如是否可读/可写。epoll API可以使用edge-triggered和level-triggered两种接口，并且可以高性能的同时监视大量的fd，这是对epoll相对鱼poll的核心优势。

epoll的核心概念是epoll instance，这是一种内核数据结构，从用户空间角度看，可以视为一个包含两种列表的容器：

提供以下3个系统调用来创建和管理epoll instance：

两种触发模式：level_triggered (LT)和 edge_triggered(ET)
假设发生如下场景：

如果使用ET触发，那么步骤5就会阻塞挂起，这是因为对于ET模式而言，只有当缓冲区数据发生变化时才会触发事件(对于读，“变化”指新数据到达)。而对于LT而言，只要缓冲区中存在数据，就会一直触发。

使用ET时应使用非阻塞的fd （即无法读写时返回EAGIN，而非阻塞），以避免task阻塞导教其他fd无法监控。
合理使用ET模式步骤：
1）修改fd为非阻塞(non-blocking)
2）在read或write操作返回EAGIN后再执行wait等待事件。
为何ET需要非阻塞呢？因为ET模式下要循环多次read，并通过阻塞（即是否返回EAGIN）来确定数据是否全部读完。第一次执行read是不可能阻塞的。

若使用LT模式(默认情况下，使用ET模式)，则可以将epoll看作是一个快速的poll，可以在任何地方使用epoll(LT)替换poll，因为他们的语义完全相同。
即使采用ET模式，在多线程的情况依然会导致产生多个事件（对于同一被监控的fd)，这将导致多个线程操作同一fd，可以使用EPOLLNESHOT标志避免，即在一次wait返回后禁止fd再产生事件，并在处理完成后使用epoll_ctl的MOD操作重新开启。
在多进程或多线程中，epoll_fd是共享的，这将导致所有线程都会知道事情的发生，但是epoll仅会唤醒一个线程，以规避“群惊”现象。

If the system is in autosleep mode via /sys/power/autosleep and an event happens which wakes the device from sleep, the device driver will keep the device awake only until that event is queued. To keep the device awake until the event has been processed, it is necessary to use the epoll_ctl(2) EPOLLWAKEUP flag.

When the EPOLLWAKEUP flag is set in the events field for a struct epoll_event, the system will be kept awake from the moment the event is queued, through the epoll_wait(2) call which returns the event until the subsequent epoll_wait(2) call. If the event should keep the system awake beyond that time, then a separate wake_lock should be taken before the second epoll_wait(2) call.

以下接口可用于限制 epoll 消耗的内核内存用量：

虽然 epoll 在用作级别触发接口时具有与 poll(2) 相同的语义，但边缘触发的用法需要更多说明以避免应用程序事件循环中的阻塞。
在下面例子中，listener 是一个非阻塞套接字，在它上面调用了 listen(2)。 函数 do_use_fd() 使用新的就绪文件描述符，直到 read(2) 或 write(2) 返回 EAGAIN。 事件驱动的状态机应用程序应该在收到 EAGAIN 后记录其当前状态，以便在下一次调用 do_use_fd() 时，它将继续从之前停止的位置read (2) 或write (2)。

当使用ET模式时，出于性能原因，可以通过EPOLL_CTL_ADD调用 epoll_ctl(2)指定 (EPOLLIN|EPOLLOUT)添加一次文件描述符。 避免使用 EPOLL_CTL_MOD 调用 epoll_ctl(2)在 EPOLLIN 和 EPOLLOUT 之间连续切换。

The epoll API is Linux-specific. Some other systems provide similar mechanisms, for example, FreeBSD has kqueue, and Solaris has /dev/poll.

通过 epoll 文件描述符监视的文件描述符集可以通过进程的 /proc/[pid]/fdinfo 目录中的 epoll 文件描述符条目查看。 有关更多详细信息，请参阅 proc(5)。

kcmp(2) KCMP_EPOLL_TFD 操作可用于测试文件描述符是否存在于 epoll 实例中。

Ⅳ Handler消息机制（一）：Linux的epoll机制

在linux 没有实现epoll事件驱动机制之前，我们一般选择用select或者poll等IO多路复用的方法来实现并发服务程序。在linux新的内核中，有了一种替换它的机制，就是epoll。

相比select模型， poll使用链表保存文件描述符，因此没有了监视文件数量的限制 ，但其他三个缺点依然存在。

假设我们的服务器需要支持100万的并发连接，则在__FD_SETSIZE 为1024的情况下，则我们至少需要开辟1k个进程才能实现100万的并发连接。除了进程间上下文切换的时间消耗外，从内核/用户空间大量的无脑内存拷贝、数组轮询等，是系统难以承受的。因此，基于select模型的服务器程序，要达到10万级别的并发访问，是一个很难完成的任务。

由于epoll的实现机制与select/poll机制完全不同，上面所说的 select的缺点在epoll上不复存在。

设想一下如下场景：有100万个客户端同时与一个服务器进程保持着TCP连接。而每一时刻，通常只有几百上千个TCP连接是活跃的(事实上大部分场景都是这种情况)。如何实现这样的高并发？

在select/poll时代，服务器进程每次都把这100万个连接告诉操作系统(从用户态复制句柄数据结构到内核态)，让操作系统内核去查询这些套接字上是否有事件发生，轮询完后，再将句柄数据复制到用户态，让服务器应用程序轮询处理已发生的网络事件，这一过程资源消耗较大，因此，select/poll一般只能处理几千的并发连接。

epoll的设计和实现与select完全不同。epoll通过在Linux内核中申请一个简易的文件系统(文件系统一般用什么数据结构实现？B+树)。把原先的select/poll调用分成了3个部分：

1）调用epoll_create()建立一个epoll对象(在epoll文件系统中为这个句柄对象分配资源)

2）调用epoll_ctl向epoll对象中添加这100万个连接的套接字

3）调用epoll_wait收集发生的事件的连接

如此一来，要实现上面说是的场景，只需要在进程启动时建立一个epoll对象，然后在需要的时候向这个epoll对象中添加或者删除连接。同时，epoll_wait的效率也非常高，因为调用epoll_wait时，并没有一股脑的向操作系统复制这100万个连接的句柄数据，内核也不需要去遍历全部的连接。

当某一进程调用epoll_create方法时，Linux内核会创建一个eventpoll结构体，这个结构体中有两个成员与epoll的使用方式密切相关。eventpoll结构体如下所示：

每一个epoll对象都有一个独立的eventpoll结构体，用于存放通过epoll_ctl方法向epoll对象中添加进来的事件。这些事件都会挂载在红黑树中，如此，重复添加的事件就可以通过红黑树而高效的识别出来(红黑树的插入时间效率是lgn，其中n为树的高度)。

而所有 添加到epoll中的事件都会与设备(网卡)驱动程序建立回调关系，也就是说，当相应的事件发生时会调用这个回调方法 。这个回调方法在内核中叫ep_poll_callback,它会将发生的事件添加到rdlist双链表中。

在epoll中，对于每一个事件，都会建立一个epitem结构体，如下所示：

当调用epoll_wait检查是否有事件发生时，只需要检查eventpoll对象中的rdlist双链表中是否有epitem元素即可。如果rdlist不为空，则把发生的事件复制到用户态，同时将事件数量返回给用户。

epoll结构示意图

通过红黑树和双链表数据结构，并结合回调机制，造就了epoll的高效。

events可以是以下几个宏的集合：
EPOLLIN：触发该事件，表示对应的文件描述符上有可读数据。(包括对端SOCKET正常关闭)；
EPOLLOUT：触发该事件，表示对应的文件描述符上可以写数据；
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；
EPOLLHUP： 表示对应的文件描述符被挂断；
EPOLLET：将EPOLL设为边缘触发(EdgeTriggered)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。
示例：

ET(EdgeTriggered) :高速工作模式，只支持no_block(非阻塞模式)。在此模式下，当描述符从未就绪变为就绪时，内核通过epoll告知。然后它会假设用户知道文件描述符已经就绪，并且不会再为那个文件描述符发送更多的就绪通知，直到某些操作导致那个文件描述符不再为就绪状态了。(触发模式只在数据就绪时通知一次，若数据没有读完，下一次不会通知，直到有新的就绪数据)

LT(LevelTriggered) :缺省工作方式，支持blocksocket和no_blocksocket。在LT模式下内核会告知一个文件描述符是否就绪了，然后可以对这个就绪的fd进行IO操作。如果不作任何操作，内核还是会继续通知！若数据没有读完，内核也会继续通知，直至设备数据为空为止！

1.我们已经把一个用来从管道中读取数据的文件句柄(RFD)添加到epoll描述符
2. 这个时候从管道的另一端被写入了2KB的数据
3. 调用epoll_wait(2)，并且它会返回RFD，说明它已经准备好读取操作
4. 然后我们读取了1KB的数据
5. 调用epoll_wait(2)……

ET工作模式：
如果我们在第1步将RFD添加到epoll描述符的时候使用了EPOLLET标志，在第2步执行了一个写操作，第三步epoll_wait会返回同时通知的事件会销毁。因为第4步的读取操作没有读空文件输入缓冲区内的数据，因此我们在第5步调用epoll_wait(2)完成后，是否挂起是不确定的。epoll工作在ET模式的时候，必须使用非阻塞套接口，以避免由于一个文件句柄的阻塞读/阻塞写操作把处理多个文件描述符的任务饿死。

只有当read(2)或者write(2)返回EAGAIN时(认为读完)才需要挂起，等待。但这并不是说每次read()时都需要循环读，直到读到产生一个EAGAIN才认为此次事件处理完成，当read()返回的读到的数据长度小于请求的数据长度时(即小于sizeof(buf))，就可以确定此时缓冲中已没有数据了，也就可以认为此事读事件已处理完成。

LT工作模式：
LT方式调用epoll接口的时候，它就相当于一个速度比较快的poll(2)，并且无论后面的数据是否被使用，因此他们具有同样的职能。

当调用 epoll_wait检查是否有发生事件的连接时，只是检查 eventpoll对象中的 rdllist双向链表是否有 epitem元素而已，如果 rdllist链表不为空，则把这里的事件复制到用户态内存中，同时将事件数量返回给用户。因此，epoll_wait的效率非常高。epoll_ctl在向 epoll对象中添加、修改、删除事件时，从 rbr红黑树中查找事件也非常快，也就是说，epoll是非常高效的，它可以轻易地处理百万级别的并发连接。

1.减少用户态和内核态之间的文件句柄拷贝；

2.减少对可读可写文件句柄的遍历。

https://cloud.tencent.com/developer/information/linux%20epoll%E6%9C%BA%E5%88%B6
https://blog.csdn.net/u010657219/article/details/44061629
https://jiahao..com/s?id=1609322251459722004&wfr=spider&for=pc