彻底搞懂epoll高效运行的原理 _epoll

前言
这篇文章读不懂的没关系，可以先收藏一下。笔者准备介绍完epoll和NIO等知识点，然后写一篇JAVA网络IO模型的介绍，这样可以使Java网络IO的知识体系更加地完整和严谨。初学者也可以等看完IO模型介绍的博客之后，再回头看这些博客，会更加有收获。
如果你顺利啃下这篇博客，恭喜你，Nginx、redis和NIO等核心思想已经被你掌握了，可以顺势去拓展自己的理解。否则，只是孤立的看epoll，时间一长会很快忘记的。

当然，这些核心思想，笔者也会在之后的博客慢慢做详细讲解，欢迎关注

概念初探epoll是一种I/O事件通知机制，是linux 内核实现IO多路复用的一个实现。
IO多路复用是指，在一个操作里同时监听多个输入输出源，在其中一个或多个输入输出源可用的时候返回，然后对其的进行读写操作。

IO多路复用，以后的博客会有详细讲解。

I/O
输入输出(input/output)的对象可以是文件(file)，网络(socket)，进程之间的管道(pipe) 。在linux系统中，都用文件描述符(fd)来表示。
事件

可读事件，当文件描述符关联的内核读缓冲区可读，则触发可读事件。
(可读：内核缓冲区非空，有数据可以读取)
可写事件，当文件描述符关联的内核写缓冲区可写，则触发可写事件。
(可写：内核缓冲区不满，有空闲空间可以写入）

通知机制
通知机制，就是当事件发生的时候，则主动通知。通知机制的反面，就是轮询机制。
epoll的通俗解释
结合以上三条，epoll的通俗解释是一种当文件描述符的内核缓冲区非空的时候，发出可读信号进行通知，当写缓冲区不满的时候，发出可写信号通知的机制
epoll的API详解epoll的核心是3个API，核心数据结构是：1个红黑树和1个链表

文章插图

epoll
1. int epoll_create(int size)
功能：

内核会产生一个epoll 实例数据结构并返回一个文件描述符，这个特殊的描述符就是epoll实例的句柄，后面的两个接口都以它为中心（即epfd形参）。

size参数表示所要监视文件描述符的最大值，不过在后来的Linux版本中已经被弃用（同时，size不要传0，会报invalid argument错误）

2. int epoll_ctl(int epfd，int op，int fd，struct epoll_event *event)
功能：

将被监听的描述符添加到红黑树或从红黑树中删除或者对监听事件进行修改

typedef union epoll_data { void *ptr; /* 指向用户自定义数据 */ int fd; /* 注册的文件描述符 */ uint32_t u32; /* 32-bit integer */ uint64_t u64; /* 64-bit integer */} epoll_data_t;struct epoll_event { uint32_t events; /* 描述epoll事件 */ epoll_data_t data; /* 见上面的结构体 */};对于需要监视的文件描述符集合，epoll_ctl对红黑树进行管理，红黑树中每个成员由描述符值和所要监控的文件描述符指向的文件表项的引用等组成。
op参数说明操作类型：

EPOLL_CTL_ADD：向interest list添加一个需要监视的描述符
EPOLL_CTL_DEL：从interest list中删除一个描述符
EPOLL_CTL_MOD：修改interest list中一个描述符

struct epoll_event结构描述一个文件描述符的epoll行为。在使用epoll_wait函数返回处于ready状态的描述符列表时，

data域是唯一能给出描述符信息的字段，所以在调用epoll_ctl加入一个需要监测的描述符时，一定要在此域写入描述符相关信息
events域是bit mask，描述一组epoll事件，在epoll_ctl调用中解释为：描述符所期望的epoll事件，可多选。

常用的epoll事件描述如下：

EPOLLIN：描述符处于可读状态
EPOLLOUT：描述符处于可写状态
EPOLLET：将epoll event通知模式设置成edge triggered
EPOLLONESHOT：第一次进行通知，之后不再监测
EPOLLHUP：本端描述符产生一个挂断事件，默认监测事件
EPOLLRDHUP：对端描述符产生一个挂断事件
EPOLLPRI：由带外数据触发
EPOLLERR：描述符产生错误时触发，默认检测事件

3. int epoll_wait(int epfd，struct epoll_event *events，int maxevents，int timeout);
功能：

阻塞等待注册的事件发生，返回事件的数目，并将触发的事件写入events数组中。
events: 用来记录被触发的events，其大小应该和maxevents一致
maxevents: 返回的events的最大个数

处于ready状态的那些文件描述符会被复制进ready list中，epoll_wait用于向用户进程返回ready list 。events和maxevents两个参数描述一个由用户分配的struct epoll event数组，调用返回时，内核将ready list复制到这个数组中，并将实际复制的个数作为返回值。注意，如果ready list比maxevents长，则只能复制前maxevents个成员；反之，则能够完全复制ready list 。