Разработка приложений в среде Linux. Второе издание

Троан Эрик В.

Преимущества в плане производительности

epoll

требуют более сложного, чем у

poll

или

select

, интерфейса системных вызовов. В то время как

poll

использует массив

struct pollfd

для предоставления набора файловых дескрипторов, a

select

с той же целью — три разных структуры

fd_set

,

epoll

перемещает эти наборы файловых дескрипторов в ядро, а не хранит их в адресном пространстве программы. На каждый из этих наборов ссылаются с помощью дескриптора

epoll

, являющегося файловым дескриптором, который можно применять только для системных вызовов

epoll

. Новые дескрипторы epoll распределяются системным вызовом

epoll_create

.

#include <sys/epoll.h>

int epoll_create (int numDescriptors);

Единственный

параметр

numDescriptors

— это наилучшее предположение программы о том, на какое количество файловых дескрипторов будет ссылаться заново созданный дескриптор

epoll

. Это не жесткий предел, это просто подсказка ядру для более точной инициализации его внутренних структур.

epoll_create

возвращает дескриптор

epoll

, а когда программа заканчивает работу с дескриптором, его следует передать

close

, чтобы позволить ядру освободить память, используемую этим дескриптором.

Хотя дескриптор

epoll

является файловым дескриптором, его следует применять только с двумя системными вызовами.

#include <sys/epoll.h>

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

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents,

 int timeout);

Большинство этих параметров используют структуру

struct epoll_event

, которая определяется, как показано ниже.

#include <sys/epoll.h>

struct epoll_event {

 int events;

 union {

void * ptr;

int fd;

unsigned int u32;

unsigned long long u64;

 } data;

};

Эта структура обслуживает три цели: определяет, какие типы событий следует проверять, определяет типы произошедших событий и ассоциирует отдельный элемент данных с файловым дескриптором. Поле

events

предназначено для первых двух функций и является одной или несколькими перечисленными далее значениями, объединенными с помощью логического "ИЛИ" [80] .

80

EPOLLET

— это еще одно значение, которое может иметь

events

, переключающее

epoll

с запуска уровнем на запуск фронтом сигнала. Эта тема выходит за рамки настоящей книги, и

epoll

, запускаемую фронтом, следует применять только в особых случаях.

EPOLLIN	Определяет, что операция read не блокируется; данные или уже готовы, или их уже не осталось для считывания.
EPOLLOUT	Связанный файл готов для записи.
EPOLLPRI	Файл имеет внешние данные, готовые для чтения.

Второй элемент

struct epoll_event, data

, представляет собой объединение, содержащее целое число (для хранения файлового дескриптора), указатель, а также 32- и 64-битные целые числа [81] . Этот элемент данных хранится в

epoll

и возвращается в программу всякий раз, когда происходит событие подходящего типа. Элемент

data

— это единственный способ, с помощью которого программе нужно выяснить, какой файловый дескриптор необходимо обслужить; интерфейс

epoll

не передает файловый дескриптор программе, в отличие от

poll

и

select

(если

data

не содержит файловый дескриптор). Этот метод обеспечивает дополнительную гибкость приложениям, которые отслеживают файлы как нечто, более сложное, чем простые файловые дескрипторы.

81

Структура, показанная в тексте, предоставляет правильные размеры элементов на большинстве платформ, но они неправильны для машин, в которых

int

имеет 64 бита.

Системный вызов

epoll_ctl

добавляет файловые дескрипторы к набору, на который

ссылается дескриптор

epfdepoll

, и удаляет их из него.

Второй параметр,

op

, описывает, каким образом следует модифицировать набор файловых дескрипторов, и является одним из перечисленных ниже.

EPOLL_CTL_ADD	Файловый дескриптор fd добавляется к набору файловых дескрипторов набором событий events . Если файловый дескриптор уже присутствует, он возвращает EEXIST . (Несколько потоков могут добавлять тот же файловый дескриптор к набору epoll более одного раза, но это действие ничего не меняет.)
EPOLL_CTL_DEL	Файловый дескриптор fd удаляется из контролируемого набора файловых дескрипторов. Параметр events должен указывать на struct epoll_event , но содержимое этой структуры игнорируется. (Это еще раз доказывает, что events должен быть допустимым указателем; он не может быть NULL .)
EPOLL_CTL_MOD	Системный вызов struct epoll_event для fd обновляется на основе информации, на которую указывает events . Это позволяет контролировать набор событий и обновлять элемент данных, ассоциируемый с файловым дескриптором, не создавая условий состязания.

Последним системным вызовом

epoll

является

epoll_wait

, который блокирует до тех пор, пока один или несколько контролируемых файловых дескрипторов не будут иметь данные для чтения или же не будут готовы к записи. Первым аргументом является дескриптор

epoll

, а последний — тайм-аутом в секундах. Если файловые дескрипторы не готовы к обработке до истечения тайм-аута,

epoll_wait

возвращает

0

.

Два промежуточных параметра определяют буфер для ядра, в который можно копировать структуры

struct epoll_event

. Параметр

events

указывает на буфер,

maxevents

определяет, какое количество структур

struct epoll_event

помещается в буфер, а возвращаемое значение сообщает программе количество структур, помещенных в этот буфер (пока вызов не попадет в состояние тайм-аута либо не произойдет ошибка).

Каждый системный вызов

struct epoll_event

сообщает программе полное состояние контролируемого файлового дескриптора. Элемент

events

может иметь установленные флаги

EPOLLIN

,

EPOLLOUT

или

EPOLLPRI

, а также два новых флага, которые описаны ниже.

EPOLLERR	С файлом связано ожидающее состояние ошибки; это случается, если ошибка происходит в сокете, когда приложение не считывает из него или не записывает в него.
EPOLLHUP	Файловый дескриптор завис; в главе 10 дана информация о том, когда это обычно происходит.

На первый взгляд это все может показаться сложным, но на самом деле это очень похоже на работу

poll

. Вызов

epoll_create

— это то же, что и распределение массива

struct pollfd

, a

epoll_ctl

— это то же, что и инициализация элементов этого массива. Главный цикл, обрабатывающий файловые дескрипторы, использует

epoll_wait

вместо системного вызова

poll

, а

close

аналогичен освобождению памяти, занимаемой массивом

struct pollfd

. Эти параллели помогают переписывать с применением

epoll

программы мультиплексирования, которые изначально были реализованы с помощью

poll

или

select

.

Интерфейс

epoll

предлагает еще одну возможность, которую невозможно сравнить с

poll

или

select

. Поскольку дескриптор

epoll

в действительности является файловым дескриптором (вот почему его можно передавать

close

), имеется возможность контролировать дескриптор

epoll

как часть еще одного дескриптора

epoll

либо через

poll

или

select

. Дескриптор

epoll

будет готов к чтению из любого места, а вызов

epoll_wait

вернет события.