1. 概述
在 Linux 网络编程中，早期常使用 select 实现 I/O 多路复用。但 select 存在明显缺点：
- 采用轮询方式处理，监听的 fd 越多，效率越低；
- 受
fd_set限制，默认最多监听 1024 个 fd； - 每次调用都需要重新传入 fd 集合，用户态与内核态之间复制开销较大。
epoll 是 Linux 内核提供的一种更高效的 I/O 多路复用机制。它通过内核事件表管理 fd，只返回就绪事件，因此效率不会随监听 fd 总数的增长而线性下降。
epoll 的核心接口只有三个：
int epoll_create(int size);
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);
使用完毕后，还需要调用 close() 关闭 epoll 句柄。
2. 核心 API
2.1 epoll_create
int epoll_create(int size);
创建一个 epoll 句柄，返回一个文件描述符。
size用于告诉内核这个epoll对象大致会处理多少事件。- 在现代 Linux 内核中，
size参数已经没有实际意义，但必须大于 0。 epoll句柄本身也会占用一个 fd，使用完后必须close()，否则可能导致 fd 耗尽。- 推荐使用
epoll_create1(EPOLL_CLOEXEC)，可以设置 close-on-exec 标志。
示例：
int epfd = epoll_create1(0);
if (epfd < 0) {
perror("epoll_create1");
exit(1);
}
2.2 epoll_ctl
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
epoll_ctl 用于向 epoll 对象中添加、修改或删除感兴趣的事件。
参数说明：
epfd：epoll_create()返回的句柄。op：操作类型，有三个宏：EPOLL_CTL_ADD：注册新的 fd 到 epfd 中；EPOLL_CTL_MOD：修改已经注册的 fd 的监听事件；EPOLL_CTL_DEL：从 epfd 中删除一个 fd。
fd：需要监听的 fd。event：告诉内核需要监听什么事件。
返回值：成功返回 0，失败返回 -1，并设置 errno。
注意：epoll_wait 返回的事件，必然是通过 epoll_ctl 添加到 epoll 中的事件。
2.3 epoll_event 结构
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 */
};
常用事件宏：
EPOLLIN：对应的文件描述符可以读，包括对端 SOCKET 正常关闭；EPOLLOUT：对应的文件描述符可以写；EPOLLPRI：有紧急数据可读；EPOLLERR：发生错误；EPOLLHUP：被挂断；EPOLLET：设置为边缘触发模式；EPOLLONESHOT：只监听一次事件，之后需要重新注册；EPOLLRDHUP：对端关闭连接或半关闭，Linux 2.6.17+ 支持。
2.4 epoll_wait
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);
等待事件产生，类似于 select()。
参数说明：
epfd：epoll描述符；events：用户分配好的epoll_event数组，内核将就绪事件复制到该数组中；maxevents：本次最多返回的事件数目，必须大于 0；timeout：超时时间，单位为毫秒：0：立即返回；-1：永久阻塞，直到有事件发生；>0：等待指定毫秒数。
返回值：
>0：返回需要处理的事件数目；0：已超时；-1：出错，需要检查errno。
注意：maxevents 与 epoll_create() 的 size 参数没有直接关系，原文中“不能大于 size”的说法并不准确。
2.5 close
使用完 epoll 后，必须调用 close() 关闭 epoll 句柄。
close(epfd);
另外，关闭被监听的 fd 时，该 fd 会自动从 epoll 中移除。但为了逻辑清晰，建议显式调用 EPOLL_CTL_DEL。
3. LT 与 ET 工作模式
epoll 有两种工作模式：
3.1 LT 模式（水平触发，Level Triggered）
默认模式。
特点：
- 只要缓冲区中还有数据，
epoll_wait就会持续通知； - 可以处理阻塞和非阻塞套接字；
- 编程简单，不容易丢事件。
3.2 ET 模式（边缘触发，Edge Triggered）
通过 EPOLLET 设置。
特点：
- 仅当状态发生变化时才通知一次；
- 效率更高；
- 必须配合非阻塞套接字；
- 读写时必须一直循环，直到
read/write返回EAGAIN或EWOULDBLOCK。
ET 模式常见问题：如果一次没有把缓冲区数据读完，之后没有新事件到来时，epoll_wait 不会再通知，导致数据得不到处理。
因此，ET 模式下必须：
while ((n = read(fd, buf, sizeof(buf))) > 0) {
// 处理数据
}
if (n < 0 && errno != EAGAIN && errno != EWOULDBLOCK) {
// 处理错误
}
Nginx 默认使用 ET 模式。
4. epoll 使用框架
几乎所有的 epoll 程序都遵循如下框架：
for (;;) {
nfds = epoll_wait(epfd, events, MAX_EVENTS, -1);
for (i = 0; i < nfds; ++i) {
if (events[i].data.fd == listenfd) {
// 有新连接
// ET 模式下需要循环 accept 直到 EAGAIN
} else if (events[i].events & EPOLLIN) {
// 可读
// ET 模式下需要循环 read 直到 EAGAIN
} else if (events[i].events & EPOLLOUT) {
// 可写
} else {
// 其他处理
}
}
}
如果网络主循环单独在一个线程中，timeout 可以使用 -1，以提高效率。如果与主逻辑在同一线程，可以使用 0，避免阻塞主循环。
5. 完整示例：基于 ET 的简单 echo 服务器
以下示例仅用于教学，简化了写缓冲和部分错误处理。生产环境需要更完善的缓冲区管理和连接状态管理。
#include <iostream>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <cstring>
#include <cstdlib>
#define MAX_EVENTS 64
#define LISTENQ 128
#define BUFSIZE 1024
void setnonblocking(int fd) {
int opts = fcntl(fd, F_GETFL);
if (opts < 0) {
perror("fcntl F_GETFL");
exit(1);
}
if (fcntl(fd, F_SETFL, opts | O_NONBLOCK) < 0) {
perror("fcntl F_SETFL");
exit(1);
}
}
int main(int argc, char *argv[]) {
if (argc != 2) {
std::cerr << "Usage: " << argv[0] << " port\n";
return 1;
}
int port = atoi(argv[1]);
int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (listenfd < 0) {
perror("socket");
return 1;
}
setnonblocking(listenfd);
int opt = 1;
setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));
sockaddr_in serveraddr{};
serveraddr.sin_family = AF_INET;
serveraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
serveraddr.sin_port = htons(port);
if (bind(listenfd, (sockaddr *)&serveraddr, sizeof(serveraddr)) < 0) {
perror("bind");
return 1;
}
if (listen(listenfd, LISTENQ) < 0) {
perror("listen");
return 1;
}
int epfd = epoll_create1(0);
if (epfd < 0) {
perror("epoll_create1");
return 1;
}
epoll_event ev{};
ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;
ev.data.fd = listenfd;
if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, listenfd, &ev) < 0) {
perror("epoll_ctl add listenfd");
return 1;
}
epoll_event events[MAX_EVENTS];
char buf[BUFSIZE];
for (;;) {
int nfds = epoll_wait(epfd, events, MAX_EVENTS, -1);
if (nfds < 0) {
if (errno == EINTR) continue;
perror("epoll_wait");
break;
}
for (int i = 0; i < nfds; ++i) {
int fd = events[i].data.fd;
if (fd == listenfd) {
// ET 模式：循环 accept 直到 EAGAIN
for (;;) {
sockaddr_in clientaddr{};
socklen_t clilen = sizeof(clientaddr);
int connfd = accept(listenfd, (sockaddr *)&clientaddr, &clilen);
if (connfd < 0) {
if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK) {
break;
}
perror("accept");
break;
}
setnonblocking(connfd);
std::cout << "accept from " << inet_ntoa(clientaddr.sin_addr) << std::endl;
epoll_event conn_ev{};
conn_ev.events = EPOLLIN | EPOLLET | EPOLLRDHUP;
conn_ev.data.fd = connfd;
if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, connfd, &conn_ev) < 0) {
perror("epoll_ctl add connfd");
close(connfd);
}
}
} else if (events[i].events & EPOLLIN) {
// ET 模式：循环 read 直到 EAGAIN
for (;;) {
ssize_t n = read(fd, buf, sizeof(buf));
if (n < 0) {
if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK) {
break;
}
if (errno == ECONNRESET) {
close(fd);
break;
}
perror("read");
close(fd);
break;
} else if (n == 0) {
// 对端关闭
close(fd);
break;
} else {
// 简单回显：生产环境需处理非阻塞写不完整问题
ssize_t written = 0;
while (written < n) {
ssize_t w = write(fd, buf + written, n - written);
if (w < 0) {
if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK) {
// 简化处理：等待下次可写
// 生产环境应缓冲剩余数据并注册 EPOLLOUT
break;
}
perror("write");
close(fd);
break;
}
written += w;
}
}
}
} else if (events[i].events & (EPOLLHUP | EPOLLERR | EPOLLRDHUP)) {
close(fd);
}
}
}
close(listenfd);
close(epfd);
return 0;
}
6. 总结
epoll是 Linux 下高性能 I/O 多路复用机制，适合高并发网络服务器。- 核心 API：
epoll_create、epoll_ctl、epoll_wait、close。 - 默认使用 LT 模式，编程简单；ET 模式效率更高，但必须配合非阻塞 fd，并循环读写直到
EAGAIN。 epoll_wait的maxevents与epoll_create的size没有直接关系。- 使用完
epoll句柄后必须close。 - 推荐使用
epoll_create1，并注意错误处理、连接关闭和输出缓冲区管理。