C++中epoll用法总结

epoll能显著的提高程序的CPU利用率。

本文主要是用于优化uevent监听，降低CPU使用率，uevent监听文章如下：

本文中代码是源码中healthd中的ueventfd的epoll监听代码

1. epoll_create1

epoll_create1 是 Linux 中用于创建一个新的 epoll 实例的系统调用。在使用 epoll 多路复用 I/O 模型时，首先需要创建一个 epoll 实例，以便将文件描述符添加到 epoll 集合中，以便监视其状态变化。

epoll_create1 的函数原型如下：

#include <sys/epoll.h>

int epoll_create1(int flags);

flags 参数是一个整数，用来指定 epoll 实例的行为。目前只定义了一个标志位 EPOLL_CLOEXEC，用于在执行 exec 函数时关闭 epoll 实例。

在调用 epoll_create1 函数后，会返回一个新的 epoll 实例的文件描述符。如果调用成功，则返回一个非负整数作为 epoll 实例的文件描述符；如果失败，则返回 -1，并设置相应的错误码（通过 errno 变量获取）

在使用 epoll 实例后，通常会用 epoll_ctl 函数向 epoll 实例中添加、修改或删除需要监听的文件描述符，然后通过 epoll_wait 函数等待文件描述符的状态变化，从而实现高效的 I/O 事件监听和处理。

epoll_create1 是 epoll I/O 多路复用机制中用于创建 epoll 实例的关键函数之一。

cpp 复制代码

int HealthLoop::InitInternal() {
    epollfd_.reset(epoll_create1(EPOLL_CLOEXEC));
    if (epollfd_ == -1) {
        KLOG_ERROR(LOG_TAG, "epoll_create1 failed; errno=%d\n", errno);
        return -1;
    }

    // Call subclass's init for any additional init steps.
    // Note that healthd_config_ is initialized before wakealarm_fd_; see
    // AdjustUeventWakealarmPeriods().
    Init(&healthd_config_);

    WakeAlarmInit();
    UeventInit();

    return 0;
}

2. epoll_wait

epoll_wait 是 Linux 中用于等待文件描述符上的 I/O 事件发生的系统调用。它会阻塞当前线程，直到指定的 epoll 实例中的文件描述符有事件发生或达到超时时间。

epoll_wait 的函数原型如下：

#include <sys/epoll.h>

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);

epfd 是 epoll 实例的文件描述符，即通过 epoll_create1 创建的返回值。
events 是一个指向 struct epoll_event 结构体数组的指针，用于接收发生事件的文件描述符和事件类型。
maxevents 是 events 数组的大小，即最多可以接收多少个事件。
timeout 是等待的超时时间（以毫秒为单位），当设置为负数时将永久阻塞，直到有事件发生。

调用 epoll_wait 后，会阻塞当前线程，等待文件描述符上的事件发生。如果有事件发生，epoll_wait 将填充 events 数组，并返回实际发生事件的文件描述符数量。如果超时时间到达或发生错误，epoll_wait 将返回 0 或 -1，并设置相应的错误码（通过 errno 变量获取）。

在使用 epoll_wait 之前，需要使用 epoll_ctl 函数将待监视的文件描述符添加到 epoll 实例中。

epoll_wait 是 epoll I/O 多路复用机制中用于等待文件描述符上的事件发生的函数。它能够高效地监视多个文件描述符并处理相应的 I/O 事件。

cpp 复制代码

void HealthLoop::MainLoop(void) {
    int nevents = 0;
    while (1) {
        reject_event_register_ = true;
        size_t eventct = event_handlers_.size();
        struct epoll_event events[eventct];
        int timeout = awake_poll_interval_;

        nevents = epoll_wait(epollfd_, events, eventct, -1);
        if (nevents == -1) {
            if (errno == EINTR) continue;
            KLOG_ERROR(LOG_TAG, "healthd_mainloop: epoll_wait failed\n");
            break;
        }

        for (int n = 0; n < nevents; ++n) {
            if (events[n].data.ptr) {
                auto* event_handler = reinterpret_cast<EventHandler*>(events[n].data.ptr);
                event_handler->func(event_handler->object, events[n].events);
            }
        }
    }

    return;
}

3. epoll_ctl

epoll_ctl 是 Linux 中用于控制 epoll 实例的系统调用，它可以向 epoll 实例中添加、修改或删除需要监视的文件描述符。

epoll_ctl 的函数原型如下：

#include <sys/epoll.h>

int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

epfd 是 epoll 实例的文件描述符，即通过 epoll_create1 创建的返回值。
op 是操作类型，可以是 EPOLL_CTL_ADD（添加文件描述符）、EPOLL_CTL_MOD（修改文件描述符）或 EPOLL_CTL_DEL（删除文件描述符）。
fd 是需要添加、修改或删除的文件描述符。需要监听是否发生变化的文件描述符
event 是一个指向 struct epoll_event 结构体的指针，用于指定事件类型和其他属性。

调用 epoll_ctl 后，根据 op 的不同，可以实现向 epoll 实例中添加、修改或删除需要监视的文件描述符。如果调用成功，则返回 0；如果失败，则返回 -1，并设置相应的错误码（通过 errno 变量获取）。

通过使用 epoll_ctl，可以动态地向 epoll 实例中添加或删除需要监视的文件描述符，从而实现高效的 I/O 事件监听和处理。

epoll_ctl 是 epoll I/O 多路复用机制中用于控制 epoll 实例的函数，是实现高效事件驱动编程的关键之一。

cpp 复制代码

    // Register an epoll event. When there is an event, |func| will be
    // called with |this| as the first argument and |epevents| as the second.
    // This may be called in a different thread from where StartLoop is called
    // (for obvious reasons; StartLoop never ends).
    // Once the loop is started, event handlers are no longer allowed to be
    // registered.
    using BoundFunction = std::function<void(HealthLoop*, uint32_t /* epevents */)>;



    struct EventHandler {
        HealthLoop* object = nullptr;
        int fd;
        BoundFunction func;
    };


int HealthLoop::RegisterEvent(int fd, BoundFunction func, EventWakeup wakeup) {
    CHECK(!reject_event_register_);

    auto* event_handler =
            event_handlers_
                    .emplace_back(std::make_unique<EventHandler>(EventHandler{this, fd, func}))
                    .get();

    struct epoll_event ev;

    ev.events = EPOLLIN;

    if (wakeup == EVENT_WAKEUP_FD) ev.events |= EPOLLWAKEUP;

    ev.data.ptr = reinterpret_cast<void*>(event_handler);

    if (epoll_ctl(epollfd_, EPOLL_CTL_ADD, fd, &ev) == -1) {
        KLOG_ERROR(LOG_TAG, "epoll_ctl failed; errno=%d\n", errno);
        return -1;
    }

    return 0;
}

void HealthLoop::UeventInit(void) {
    uevent_fd_.reset(uevent_open_socket(64 * 1024, true));

    if (uevent_fd_ < 0) {
        KLOG_ERROR(LOG_TAG, "uevent_init: uevent_open_socket failed\n");
        return;
    }

    fcntl(uevent_fd_, F_SETFL, O_NONBLOCK);
//注册uevent_fd_的epoll监听
    if (RegisterEvent(uevent_fd_, &HealthLoop::UeventEvent, EVENT_WAKEUP_FD))
        KLOG_ERROR(LOG_TAG, "register for uevent events failed\n");
}

经过以上步骤后，就可以实现当uevent_fd_中有uevent事件到来，nevents 就会大于0，则会触发HealthLoop::UeventEvent方法，进而开始处理uevent事件，本方法大大提升CPU使用率，将CPU占用率从98%降到了1%。

cpp 复制代码

// TODO(b/140330870): Use BPF instead.
#define UEVENT_MSG_LEN 2048
void HealthLoop::UeventEvent(uint32_t /*epevents*/) {
    // No need to lock because uevent_fd_ is guaranteed to be initialized.

    char msg[UEVENT_MSG_LEN + 2];
    char* cp;
    int n;

    n = uevent_kernel_multicast_recv(uevent_fd_, msg, UEVENT_MSG_LEN);
    if (n <= 0) return;
    if (n >= UEVENT_MSG_LEN) /* overflow -- discard */
        return;

    msg[n] = '\0';
    msg[n + 1] = '\0';
    cp = msg;

    while (*cp) {
        if (!strcmp(cp, "SUBSYSTEM=" POWER_SUPPLY_SUBSYSTEM)) {
            ScheduleBatteryUpdate();
            break;
        }

        /* advance to after the next \0 */
        while (*cp++)
            ;
    }
}