epoll 多路复用 I/O工作流程

从业务逻辑上，了解一下 epoll 多路复用 I/O 的工作流程。

有兴趣了解 epoll 源码实现，可以参考： [epoll 源码走读] epoll 实现原理

• 1. epoll
  • 1.1. 事件结构
  • 1.2. 操作接口
• 2. 服务器使用流程
• 3. 参考

1. epoll

epoll 是一个 Linux 系统的一个事件驱动。简单点来说，是一个针对系统文件的事件管理器，可以高效管理大量网络链接下的数据并发。研发人员根据业务需要，通过事件管理器，监控对应文件描述符的读写事件。

详细的解析可以参考 百度百科

1.1. 事件结构

• epoll_event。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
// epoll.h
typedef union epoll_data {
  void *ptr;
  int fd;
  uint32_t u32;
  uint64_t u64;
} epoll_data_t;

struct epoll_event {
  uint32_t events;   /* Epoll events */
  epoll_data_t data; /* User data variable */
} __EPOLL_PACKED;

• events。

• data。

1
2
3
The data member of the epoll_event structure specifies data that the
       kernel should save and then return (via epoll_wait(2)) when this file
       descriptor becomes ready.

1.2. 操作接口

• 创建 epoll 文件描述符。

1
int epoll_create(int size);

• epoll 事件注册函数。

1
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

• 等待事件发生。

1
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event* events, int maxevents. int timeout);

2. 服务器使用流程

• 服务器创建非阻塞 socket（server_fd）。
• epoll_create 创建 epoll 事件驱动 (epoll_fd)。
• epoll_ctl 监控 server_fd 的可读事件 EPOLLIN。
• 服务进程通过 epoll_wait 获取内核就绪事件处理。
• 如果就绪事件是新连接，accept 为客户端新连接分配新的文件描述符 client_fd，设置非阻塞，然后 epoll_ctl 监控 client_fd 的可读事件 EPOLLIN。
• 如果就绪事件不是新连接，read 读取客户端发送数据进行逻辑处理。
• 处理逻辑过程中需要 write 回复客户端，write 内容很大，超出了内核缓冲区，没能实时发送完成所有数据，需要下次继续发送；那么 epoll_ctl 监控 client_fd 的 EPOLLOUT 可写事件，下次触发事件进行发送。下次触发可写事件发送完毕后， epoll_ctl 删除 EPOLLOUT 事件。
• 客户端关闭链接，服务端监控客户端 fd，如果 read == 0，close 关闭对应 fd 从而完成四次挥手。

图片来源：epoll 文件事件管理逻辑（非阻塞）

3. 参考

• [epoll 源码走读] epoll 实现原理
• http://man7.org/linux/man-pages/dir_all_by_section.html
• http://man7.org/linux/man-pages/man2/write.2.html
• http://man7.org/linux/man-pages/man2/read.2.html