深入理解C++中的epoll函数（高性能I/O多路复用实战教程）

什么是 epoll？

epoll 是 Linux 内核为处理大批量文件描述符而改进的 poll，是 Linux 下高性能I/O多路复用的重要工具。与 select/poll 不同，epoll 使用事件驱动模型，只返回活跃的文件描述符，避免了遍历所有连接的开销。

epoll 主要包含三个系统调用：

• epoll_create()：创建一个 epoll 实例。
• epoll_ctl()：向 epoll 实例中添加、修改或删除要监听的文件描述符。
• epoll_wait()：等待事件发生，并返回就绪的事件列表。

epoll 的两种工作模式

1. 水平触发（Level-Triggered, LT）：默认模式。只要文件描述符处于就绪状态，每次调用 epoll_wait() 都会通知你。

2. 边缘触发（Edge-Triggered, ET）：只有当文件描述符状态发生变化时（例如从不可读变为可读），才会通知一次。ET 模式效率更高，但要求程序必须一次性读完所有数据，否则可能丢失事件。

C++ 中使用 epoll 的完整示例

下面是一个基于 C++ 的简单 TCP 服务器，使用 epoll 实现高并发连接处理。这个例子展示了如何使用 epoll示例代码 构建一个基础但完整的网络服务。

#include <iostream>#include <sys/socket.h>#include <netinet/in.h>#include <unistd.h>#include <cstring>#include <sys/epoll.h>#include <fcntl.h>#define MAX_EVENTS 10#define PORT 8888// 设置非阻塞void set_nonblocking(int fd) {    int flags = fcntl(fd, F_GETFL, 0);    fcntl(fd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);}int main() {    int server_fd, new_socket;    struct sockaddr_in address;    int addrlen = sizeof(address);    // 创建 socket    if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {        perror("socket failed");        exit(EXIT_FAILURE);    }    // 允许端口重用    int opt = 1;    setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));    address.sin_family = AF_INET;    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;    address.sin_port = htons(PORT);    // 绑定并监听    if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)) < 0) {        perror("bind failed");        close(server_fd);        exit(EXIT_FAILURE);    }    if (listen(server_fd, 10) < 0) {        perror("listen");        close(server_fd);        exit(EXIT_FAILURE);    }    // 创建 epoll 实例    int epoll_fd = epoll_create1(0);    if (epoll_fd == -1) {        perror("epoll_create1");        close(server_fd);        exit(EXIT_FAILURE);    }    struct epoll_event ev, events[MAX_EVENTS];    ev.events = EPOLLIN;    ev.data.fd = server_fd;    // 将 server_fd 加入 epoll 监听    if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, server_fd, &ev) == -1) {        perror("epoll_ctl: server_fd");        close(server_fd);        close(epoll_fd);        exit(EXIT_FAILURE);    }    std::cout << "Server listening on port " << PORT << std::endl;    while (true) {        int nfds = epoll_wait(epoll_fd, events, MAX_EVENTS, -1);        if (nfds == -1) {            perror("epoll_wait");            break;        }        for (int i = 0; i < nfds; i++) {            if (events[i].data.fd == server_fd) {                // 接受新连接                new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address,                                    (socklen_t*)&addrlen);                if (new_socket == -1) {                    perror("accept");                    continue;                }                set_nonblocking(new_socket);                ev.events = EPOLLIN | EPOLLET; // 使用边缘触发                ev.data.fd = new_socket;                if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, new_socket, &ev) == -1) {                    perror("epoll_ctl: new_socket");                    close(new_socket);                }                std::cout << "New connection accepted: " << new_socket << std::endl;            } else {                // 处理客户端数据                char buffer[1024] = {0};                int valread = read(events[i].data.fd, buffer, 1024);                if (valread > 0) {                    std::cout << "Received: " << buffer << std::endl;                    send(events[i].data.fd, buffer, strlen(buffer), 0);                } else if (valread == 0) {                    // 客户端断开连接                    std::cout << "Client disconnected: " << events[i].data.fd << std::endl;                    close(events[i].data.fd);                    epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_DEL, events[i].data.fd, nullptr);                } else {                    if (errno != EAGAIN) {                        perror("read error");                        close(events[i].data.fd);                        epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_DEL, events[i].data.fd, nullptr);                    }                }            }        }    }    close(server_fd);    close(epoll_fd);    return 0;}

关键点解析

1. 非阻塞 I/O：在 ET 模式下，必须将 socket 设置为非阻塞，否则可能因未读完数据而卡住。

2. 事件注册：使用 EPOLLIN | EPOLLET 表示监听可读事件并启用边缘触发。

3. 错误处理：当 read 返回 -1 且 errno == EAGAIN 时，表示数据已读完，这是 ET 模式的正常行为。

总结

通过本教程，你应该已经掌握了 C++网络编程 中 epoll 的基本使用方法。epoll 是构建高性能服务器的核心技术之一，广泛应用于 Nginx、Redis 等知名项目中。希望这篇 epoll函数使用 教程能为你打下坚实的基础！

继续练习，尝试扩展这个服务器，比如支持 HTTP 协议、多线程处理等，你将更深入理解高性能网络编程的奥秘。