多路复用epoll

Epoll：性能之王（红黑树+回调）

epoll 是为了解决大批量句柄处理而设计的

一、 Epoll 的核心工作原理

要理解 Epoll 的接口，首先要理解它在内核里建立的两个"秘密基地"：

1. 红黑树 (Red-Black Tree, rbr**)**：

• • 用来存储所有你想要监听的文件描述符（FD）。
  • select 每次都要把整个集合传给内核，而 Epoll 把这些 FD 存在内核的红黑树里，不需要重复拷贝 。增删查改的效率是 O(logN)。

1. 就绪双向链表 (Ready List, rdlist**)**：

• • 用来存储已经就绪（有数据来了）的事件。
  • 当网卡接收到数据，会触发回调函数 (ep_poll_callback)，这个回调函数会自动把活跃的 FD 放入这个链表 5。
  • epoll_wait 不需要遍历所有连接，只需要检查这个链表是否为空即可，复杂度是 O(1)

二、 Epoll 的三个核心接口详解

Epoll 把 select 那个臃肿的一个函数拆分成了三个步骤，分别对应"建群"、"加人"、"等消息" 。

1. epoll_create ------ 创建管家（建群）

int epoll_create(int size);

• 功能 ：创建一个 Epoll 的句柄（在内核中创建一个 eventpoll 对象）。
• 参数 size：

• • 这个参数其实是被忽略的，只要填一个大于 0 的数即可 。

• 返回值 ：成功返回一个 epoll 的文件描述符（epfd），失败返回 -1。
• 注意 ：Epoll 句柄本身也是一个文件描述符，占用一个 FD 资源，用完后必须调用 close() 关闭 。

2. epoll_ctl ------ 管理名单（加人/踢人）

这是 Epoll 与 Select 最大的不同点。Select 是在等待时才给名单，Epoll 是提前注册。

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

• 参数详解：

• • epfd：epoll_create 返回的那个句柄 。
  • op：要进行的操作动作，用宏表示 ：

• • • EPOLL_CTL_ADD：注册新的 FD 。
    • EPOLL_CTL_MOD：修改已有的 FD 监听事件 。
    • EPOLL_CTL_DEL：从红黑树中删除一个 FD 。

• • fd：需要监听的 socket 文件描述符 。
  • event：告诉内核你要监听什么事（读/写/异常）以及你留的"备注数据" 。

关键结构体 epoll_event：

struct epoll_event {
uint32_t     events;      // 监听的事件类型
epoll_data_t data;        // 用户数据（给用户自己用的）
};

• • events****取值：

• • • EPOLLIN：可读（包括对端关闭）。
    • EPOLLOUT：可写 。
    • EPOLLET：开启边缘触发模式 (Edge Triggered)。

• • data****联合体 ： 这是一个联合体，你可以存 int fd，也可以存 void *ptr 指针。当事件就绪时，内核会把这个 data 原样还给你。

3. epoll_wait ------ 等待消息（收割）

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

• 功能 ：收集在 Epoll 监控中已经发生的事件 。它直接查看内核的 rdlist 就绪链表，如果有数据，就拷贝给用户。
• 参数详解：

• • epfd：Epoll 句柄。
  • events：输出参数。这是一个数组，内核会把就绪的事件复制到这里 。
  • maxevents：告诉内核这个数组有多大（不能大于创建时的 size，但现在 size 被忽略，主要是防止数组越界）。
  • timeout：超时时间（毫秒）。0 表示立即返回（非阻塞），-1 表示永久阻塞，>0 表示等待指定时间 。

• 返回值：

• • > 0：就绪的文件描述符个数。
  • 0：超时。
  • -1：出错 。

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三、 Epoll 的两种工作模式：LT vs ET

1. LT 模式 (Level Triggered) ------ 水平触发

• 默认模式。
• 机制 ：只要 socket 接收缓冲区里还有数据，epoll_wait 就会一直通知你 。
• 例子 ：缓冲区有 2KB 数据，你只读了 1KB。下次调用 epoll_wait，它会再次返回并告诉你"有数据读" 。
• 特点：支持阻塞和非阻塞读写，编程不容易出错 。Select 和 Poll 本质上也是 LT 模式 。

2. ET 模式 (Edge Triggered) ------ 边缘触发

• 高性能模式（Nginx 默认采用）。
• 机制：只有当状态发生变化时（从无数据变成有数据），内核才会通知一次 。
• 例子 ：缓冲区有 2KB 数据，你只读了 1KB。下次调用 epoll_wait，它不会再通知你了 ，剩下的 1KB 数据会一直待在缓冲区里，直到下一次有新数据到来 。
• 要求：

1. 1. 必须配合 非阻塞 I/O (Non-blocking IO) 使用 。
   2. 必须使用循环 (while) 读取，直到 read 返回 EAGAIN 错误，确保把缓冲区读空 。

• 优点 ：减少了 epoll_wait 返回的次数，系统调用开销更小 。