1.从内核看epoll机制
select和poll虽然能够实现IO复用的功能，但是由于设计的缺陷，select和poll无法处理海量的网络连接，并且随着网络连接数量的增加，select和poll效率越来越低。
此时急需一种更为高效的IO复用机制解决海量并发请求问题，epoll机制就是为了解决该问题而诞生的。要理解epoll机制并不容易，很多同学一直学不好epoll，一个很重要的原因是不理解底层实现原理，我们从内核的角度观察epoll具体做了哪些事情，有了这个基础再去学习epoll编程，学习过程将会变得非常简单。
图1 epoll内核实现原理
如图1所示，epoll机制分为两个部分：用户态部分和内核态部分。
用户态部分通过3个系统调用：epoll_create，epoll_ctl，epoll_wait和内核进行交互。内核态部分实现比较复杂，我们将围绕struct eventpoll内核对象来讲解。struct eventpoll对象是epoll机制实现的关键数据结构，包含三个重要成员：rbr（红黑树），rdlist（就绪队列），wq（等待队列）。
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红黑树：用于记录用户程序注册的epoll事件。
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等待队列：epoll线程休眠后，用于唤醒epoll线程。
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就绪队列：socket接收和发送数据后，就绪队列会记录socket读事件和写事件。
用户程序调用epoll_create函数后，会在内核创建struct eventpoll对象，同时会返回一个文件描述符给用户，该文件描述符用于查询进程文件表，找到对应的文件，再通过文件找到struct eventpoll对象。
用户程序通过epoll_ctl函数添加，修改，删除socket事件，注册成功的socket事件会插入红黑树。socket事件添加成功后，epoll才能监听socket读写事件。
如果epoll就绪队列有就绪事件，用户程序调用epoll_wait函数会成功获取到就绪事件。如果没有就绪事件，则epoll线程陷入休眠。
当socket接收到数据后，通过socket等待队列可以唤醒休眠的epoll线程，并将socket封装成epoll就绪事件插入就绪队列。此时epoll线程已经被唤醒，epoll线程可以将就绪事件拷贝至用户程序。
以上就是epoll内核工作原理，该部分建议反复阅读。
2.epoll编程实战
有了前面epoll内核工作原理的分析，我们对epoll有了更深入的理解。学习epoll编程需要熟练掌握epoll 3个接口：epoll_create、epoll_ctl、epoll_wait。
2.1 编程接口
（1）epoll_create函数
epoll_create函数是一个系统调用，用于在内核创建struct eventpoll实例。
#include <sys/epoll.h>
int epoll_create(int size);
参数：size参数并没有实际意义，但一定要大于0。
返回值：成功返回epoll文件描述符；失败返回-1，并设置errno。
我们看一下内核源码实现：
SYSCALL_DEFINE1(epoll_create, int, size)
{
if (size <= 0) return -EINVAL; //size小于等于0，返回错误
return do_epoll_create(0); //传入参数没用到size
}
（2）epoll_ctl函数
epoll_ctl函数用于向 epoll 实例中添加、修改或删除文件描述符（通常代表一个网络连接或者文件），并设置这些文件描述符感兴趣的事件类型，如可读、可写或者有异常发生。
如图2所示，epoll_ctl函数添加socket事件时，主要做了两件事：
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插入socket事件节点至红黑树。
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创建一个等待队列项插入socket等待队列，用于socket接收数据时唤醒epoll线程。
图 2 epoll_ctl工作原理
epoll_ctl函数原型：
#include <sys/epoll.h>
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
参数：
epfd：指向由epoll_create 创建的 epoll 实例的文件描述符。
op：表示要对目标文件描述符执行的操作，可以是以下几个值之一：
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EPOLL_CTL_ADD：向 epoll 实例中添加一个新的文件描述符。
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EPOLL_CTL_MOD：修改已存在文件描述符的事件类型。
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EPOLL_CTL_DEL：从 epoll 实例中删除一个文件描述符。
fd：需要操作的目标文件描述符。
event：指向struct epoll_event结构的指针，该结构指定了需要监听的事件类型。
返回值：成功返回0；失败返回-1，并设置errno。
struct epoll_event结构体定义如下：
struct epoll_event {
uint32_t events;
epoll_data_t data;
};
**events：指定要监听的事件类型，**常见事件类型见表1。
表 1 epoll事件表
data：用户自定义的数据，通常用于存储与文件描述符相关的上下文信息，获取就绪事件成功后，事件数组会记录data数据。
struct epoll_data结构体定义如下：
typedefunion epoll_data {
void *ptr;
int fd; //设置socket文件描述符
uint32_t u32;
uint64_t u64;
} epoll_data_t;
（3）epoll_wait函数
epoll_wait函数用于等待在 epoll 实例上注册的文件描述符上发生的事件。这个函数会阻塞调用线程，直到有事件发生或超时。
图 3 epoll_wait工作原理
如图3所示，用户程序调用epoll_wait后，内核循环检测就绪队列是否有就绪事件，如果有就绪事件，将就绪事件返回给用户，否则继续往下执行，判断epoll是否超时，超时返回0，如果没有超时则将epoll线程挂起，epoll线程陷入休眠状态，同时插入一个epoll等待队列项。
当socket接收到数据后，会通过socket等待队列回调函数去检测epoll等待队列项，并将epoll线程唤醒，epoll线程被唤醒成功后，epoll线程再次查询就绪队列，此时就能成功返回socket事件。
epoll_wait函数原型:
#include <sys/epoll.h>
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events,
int maxevents, int timeout);
参数：
epfd：epoll文件描述符。
events：epoll事件数组。
maxevents：指定events 数组的大小，即可以存储的最大事件数。
timeout：超时时间。
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-1：表示无限等待，直到有事件发生。
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0：表示立即返回，不等待任何事件。
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正数：表示等待的最大时间（毫秒）。
返回值：小于0表示出错；等于0表示超时；大于0表示获取事件成功，返回就绪事件个数。
3.epoll编程流程
前面我们已经学会了使用epoll 3个接口，接下来我们要实现一个完整epoll编程示例，如图4所示，该流程是一个epoll编程流程，我们按照这样一个流程去编写代码，思路会很清晰，不容易出错。
图 4 epoll编程流程图
epoll示例代码如下，为了节省篇幅和易于理解，部分非关键代码已省略。
intmain(int argc, char *argv[]){
structepoll_eventev, events[MAX_EVENTS];
int sock_fd, ret = 0;
int efd = epoll_create(10); //创建epoll实例
ev.data.fd = sock_fd;
ev.events = EPOLLIN;
//注册监听套接字事件
epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_ADD, sock_fd, &ev);
while (1) {
//超时1000毫秒，获取就绪事件
int nfds = epoll_wait(efd, events, MAX_EVENTS, 1000);
if (nfds == -1) return-1; //获取失败退出
elseif (nfds == 0) continue; //超时，继续下一轮事件获取
for (int i = 0; i < nfds; i++) {//轮询就绪事件数组
int fd = events[i].data.fd;
if (fd == sock_fd) { //监听套接字
new_fd = accept(sock_fd, (struct sockaddr *)&peer, &addrlen);
setnonblocking(new_fd); //设置新套接字为非阻塞模式
ev.data.fd = new_fd;
ev.events = EPOLLIN|EPOLLET;
//添加新套接字
epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_ADD, new_fd, &ev);
} else { //业务套接字
if (events[i].events & EPOLLIN) { //EPOLLIN事件
recv(fd, recv_buf, len, 0); //业务套接字接收数据
}
}
}
}
return0;
}
4.epoll常见问题？
（1）ET模式和LT模式区别？
ET模式称为边缘触发，LT模式称为水平触发。
添加socket事件时如果设置为ET模式，当socket接收数据后，epoll就绪队列只会插入一次socket就绪事件，epoll_wait检测到socket读事件后，必须一次性把socket缓冲区数据全部读完，否则数据可能丢失。
如果设置为LT模式，此次调用epoll_wait没有读socket缓冲区，下一次调用epoll_wait依然能够检测到socket就绪事件，直到socket缓冲区数据被读完。
我们通过内核源码观察二者区别。
.......
if(!(epi->event.events & EPOLLET)) { // LT模式
//将取出来的就绪事件，继续插入就绪队列
list_add_tail(&epi->rdllink, &ep->rdllist);
}
（2）epoll高效的秘密？
epoll之所以高效，主要有以下原因：
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epoll等待队列机制，当就绪队列没有socket事件时主动让出CPU，阻塞进程，提高CPU利用率，就绪队列收到socket事件后，唤醒epoll线程处理。
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红黑树提高epoll事件增加，删除，修改效率。
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任务越多，进程出让CPU概率越小，epoll线程工作效率越高，所以epoll非常适合高并发场景。
（3）epoll为阻塞模式是否影响性能？
当epoll_wait未检测到epoll事件时会出让CPU并阻塞进程，这种阻塞是非常有必要的，如果不及时出让CPU会浪费CPU资源，导致其他任务无法抢占CPU，只要socket接收到数据后，及时唤醒epoll进程，就不会影响epoll性能。
（4）socket设置成阻塞和非阻塞？
socket采用非阻塞方式。socket设置成阻塞模式会存在以下几个问题：
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IO复用通常是一个进程处理多个网络连接，如果socket为阻塞模式，那么其中一个socket阻塞会导致进程阻塞，其他socket也无法读写数据。
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阻塞的本质是进程状态和上下文切换，频繁的阻塞会把让CPU一直处于上下文切换的状态中，浪费CPU资源。
