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NOM
epoll – Notifications d'événements d'entrées et sorties
SYNOPSIS
#include <sys/epoll.h>
DESCRIPTION
L'interface de programmation (API) epoll réalise une tâche similaire à poll(2) :
surveiller plusieurs descripteurs de fichier pour voir si des E/S y sont possibles. L'API
epoll peut être déclenchée par changement de niveau ou par changement d'état et s'adapte
bien à un grand nombre de descripteurs surveillés.
Le concept central de l’API epoll est l’instance d’epoll, une structure interne au noyau
qui, du point de vue espace utilisateur, peut être considérée comme un conteneur pour deux
listes :
- La liste interest (parfois appelée l’ensemble epoll) : l’ensemble des descripteurs de
fichier que le processus a enregistrés comme intéressants à surveiller.
- La liste ready : l’ensemble des descripteurs de fichier prêts (ready) pour des E/S.
Cette liste est un sous-ensemble de (plus précisément, un ensemble de références de)
descripteurs de fichier de la liste interest. La liste ready est alimentée
dynamiquement par le noyau selon le résultat des activités d’E/S de ces descripteurs de
fichier.
Les appels système suivants sont fournis pour créer et gérer une instance d’epoll :
- epoll_create(2) crée une instance d’epoll et renvoie un descripteur de fichier
référençant cette instance. La version plus récente d'epoll_create1(2) étend les
fonctionnalités d'epoll_create(2).
- L'intérêt pour des descripteurs de fichier particuliers est ensuite enregistré avec
epoll_ctl(2), qui ajoute les articles dans la liste interest de l’instance d’epoll.
- epoll_wait(2) attend les événements d'E/S, en bloquant le thread appelant si aucun
événement n'est actuellement disponible. Cet appel système peut être considéré comme
recherchant des articles dans la liste ready de l’instance d’epoll.
Détection par changement de niveau ou d’état
L'interface de distribution d'événements d’epoll est capable de se comporter en détection
de changement de niveau (Level Triggered — LT) ou d’état (Edge Triggered — ET). La
différence entre ces deux mécanismes est décrite ci-dessous. Supposons que le scénario
suivant se produise :
(1) Le descripteur de fichier qui représente le côté lecture d'un tube (rfd) est
enregistré dans l'instance d’epoll.
(2) Une écriture dans le tube envoie 2 Ko de données du côté écriture du tube.
(3) Un appel à epoll_wait(2) est effectué et renvoie rfd comme descripteur de fichier
prêt.
(4) Un lecteur du tube lit 1 Ko de données depuis rfd.
(5) Un appel d’epoll_wait(2) est effectué.
Si le descripteur rfd a été ajouté à l'ensemble epoll en utilisant l'attribut EPOLLET
(détection de changement d'état), l'appel epoll_wait(2), réalisé à l'étape 5, va
probablement bloquer bien qu'il y ait des données toujours présentes dans le tampon
d'entrée du fichier tandis que le pair distant attendra une réponse basée sur les données
qu'il a déjà envoyées. La raison en est que le mécanisme de distribution d'événements
détectés par changement d’état délivre les événements seulement lorsque des événements
surviennent dans le descripteur de fichier supervisé. Ainsi, à l'étape 5, l'appelant peut
attendre des données qui sont déjà présentes dans le tampon d'entrée. Dans l'exemple
ci-dessus, un événement sur rfd sera déclenché à cause de l'écriture à l'étape 2 et
l'événement est consommé dans l’étape 3. Comme l'opération de lecture de l'étape 4 ne
consomme pas toutes les données du tampon, l'appel à epoll_wait(2) effectué à l'étape 5
peut verrouiller indéfiniment.
Une application qui emploie l'attribut EPOLLET de la fonction epoll devrait toujours
utiliser des descripteurs non bloquants pour éviter qu'une lecture ou une écriture affame
une tâche qui gère plusieurs descripteurs de fichier. L'utilisation préconisée d'epoll
comme interface en détection par changement d’état (EPOLLET) est la suivante :
(1) avec des descripteurs non bloquants ;
(2) en attente d’évènement seulement après qu'un read(2) ou un write(2) ait renvoyé
EAGAIN.
En revanche, lorsqu'il est utilisé avec l'interface en détection par changement de niveau
(par défaut si EPOLLET n'est pas spécifié), epoll est une alternative plus rapide à
poll(2) et peut être employé à chaque fois que ce dernier est utilisé, car il utilise la
même sémantique.
Puisque même dans un epoll de type détection le changement d'état, plusieurs événements
peuvent être générés à la réception de nombreux blocs de données, l'appelant peut, en
spécifiant l'attribut EPOLLONESHOT, faire désactiver par epoll le descripteur de fichier
associé après la réception d'un événement avec epoll_wait(2). Lorsque l'attribut
EPOLLONESHOT est spécifié, il est de la responsabilité de l'appelant de réarmer le
descripteur en utilisant epoll_ctl(2) avec EPOLL_CTL_MOD.
Si plusieurs threads (ou processus si les processus enfant ont hérité du descripteur de
fichier d’epoll à travers fork(2)) sont bloqués dans epoll_wait(2) en attente du même
descripteur de fichier d’epoll et qu’un descripteur de fichier dans la liste interest, qui
est marqué pour une notification par détection de changement d'état (EPOLLET), devienne
prêt, seul un des threads (ou processus) est réveillé de epoll_wait(2). Cela fournit une
optimisation utile pour éviter la bousculade de réveils (thundering herd) dans certain
scénarios.
Interaction avec autosleep
Si le système est en mode autosleep à l’aide de /sys/power/autosleep et qu’un événement
survient et sort le périphérique de sa veille, le pilote de périphérique ne gardera le
périphérique actif que jusqu’à la mise en file d’attente de l’événement. Pour garder le
périphérique actif jusqu’au traitement de l’événement, l’attribut EPOLLWAKEUP
d’epoll_ctl(2) doit être utilisé.
Quand l’attribut EPOLLWAKEUP est défini dans le champ events pour une struct epoll_event,
le système sera gardé actif à partir du moment où l’événement est mis en file d’attente, à
l’aide de l’appel epoll_wait(2) qui renvoie l’événement jusqu’à l’appel epoll_wait(2)
suivant. Si l’événement doit garder le système actif au delà de ce moment, alors un
wake_lock séparé devrait être pris avant le second appel à epoll_wait(2).
Interfaces /proc
Les interfaces suivantes peuvent être utilisées pour limiter la quantité de mémoire du
noyau utilisée par epoll :
/proc/sys/fs/epoll/max_user_watches (depuis Linux 2.6.28)
Cela définit une limite au nombre total de descripteurs de fichiers qu'un
utilisateur peut enregistrer au travers de toutes les instances d’epoll du système.
La limite est imposée par identifiant d'utilisateur réel. Chaque descripteur de
fichier enregistré coûte environ 90 octets sur un noyau 32 bits et environ
160 octets sur un noyau 64 bits. Actuellement la valeur par défaut pour
max_user_watches est de 1/25 (4%) de la mémoire basse disponible, divisé par le
coût d'allocation en octets.
Exemple d'utilisation
Tandis que l'utilisation d’epoll avec un déclenchement par changement de niveau correspond
à la même sémantique que poll(2), le déclenchement par changement d'état nécessite plus de
clarification pour éviter des décrochages dans la boucle d’évènements de l’application.
Dans cet exemple, l’écouteur emploie un socket non bloquant sur lequel listen(2) a été
appelé. La fonction do_use_fd() va utiliser le nouveau descripteur de fichier jusqu'à ce
qu’EAGAIN soit renvoyé par read(2) ou par write(2). Une application d’automate fini piloté
par les évènements devrait, après réception d'EAGAIN, enregistrer l'état en cours, afin
que lors de l’appel suivant à do_use_fd(), elle continue avec le read(2) ou le write(2) là
où elle s'est arrêtée.
#define MAX_EVENTS 10
struct epoll_event ev, events[MAX_EVENTS];
int listen_sock, conn_sock, nfds, epollfd;
/* Code to set up listening socket, 'listen_sock',
(socket(), bind(), listen()) omitted. */
epollfd = epoll_create1(0);
if (epollfd == -1) {
perror("epoll_create1");
exit(EXIT_FAILURE);
}
ev.events = EPOLLIN;
ev.data.fd = listen_sock;
if (epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, listen_sock, &ev) == -1) {
perror("epoll_ctl : listen_sock");
exit(EXIT_FAILURE);
}
for (;;) {
nfds = epoll_wait(epollfd, events, MAX_EVENTS, -1);
if (nfds == -1) {
perror("epoll_wait");
exit(EXIT_FAILURE);
}
for (n = 0; n < nfds; ++n) {
if (events[n].data.fd == listen_sock) {
conn_sock = accept(listen_sock,
(struct sockaddr *) &addr, &addrlen);
if (conn_sock == -1) {
perror("accept");
exit(EXIT_FAILURE);
}
setnonblocking(conn_sock);
ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;
ev.data.fd = conn_sock;
if (epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, conn_sock,
&ev) == -1) {
perror("epoll_ctl: conn_sock");
exit(EXIT_FAILURE);
}
} else {
do_use_fd(events[n].data.fd);
}
}
}
Lorsqu'on utilise une détection de changement d'états, pour des raisons de performances,
il est possible d'ajouter le descripteur de fichier dans l'interface d’epoll
(EPOLL_CTL_ADD) après, en spécifiant (EPOLLIN|EPOLLOUT). Cela évite de basculer sans cesse
entre EPOLLIN et EPOLLOUT lors des appels epoll_ctl(2) avec EPOLL_CTL_MOD.
Questions/Réponses
- Quelle est la clé utilisée pour distinguer les descripteurs de fichier enregistrés dans
une liste interest ?
La clé est une combinaison du numéro du descripteur de fichier et de la description du
fichier ouvert (aussi connue comme « open file handle », la représentation interne au
noyau d'un fichier ouvert).
- Que se passe-t-il si on enregistre deux fois le même descripteur de fichier dans une
instance d’epoll ?
Vous aurez probablement un EEXIST. Cependant il est possible d'ajouter un duplicata de
descripteur (dup(2), dup2(2), F_DUPFD de fcntl(2)) sur la même instance d’epoll. Cela
peut être une technique utile pour le filtrage d'événements, si les descripteurs
dupliqués sont enregistrés avec des masques events différents.
- Deux instances d’epoll peuvent-elles attendre le même descripteur de fichier ? Si oui,
les événements seront-ils reportés sur les deux descripteurs de fichier d’epoll ?
Oui, et les événements seront rapportés aux deux. Toutefois, une programmation soignée
est nécessaire pour que cela soit fait correctement.
- Est-ce que le descripteur d’epoll lui-même est sujet à poll/epoll/select ?
Oui. Si un descripteur de fichier d’epoll a des événements en attente, alors il
indiquera qu'il est lisible.
- Que se passe-t-il si on cherche à placer un descripteur d’epoll dans son propre
ensemble de descripteurs de fichier ?
L'appel epoll_ctl(2) échouera (EINVAL). Toutefois vous pouvez ajouter un descripteur
d’epoll dans un autre ensemble de descripteurs de fichier d’epoll.
- Puis-je envoyer le descripteur d’epoll à travers un socket UNIX vers un autre
processus ?
Oui, mais il n'y a aucune raison de faire ça, puisque le processus récepteur n'aura pas
de copie des descripteurs de fichier de la liste interest.
- Est-ce que la fermeture d'un descripteur le supprime automatiquement de toutes les
listes interest d’epoll ?
Oui, mais prenez note des points suivants. Un descripteur de fichier est une référence
vers la description d'un fichier ouvert (consultez open(2)). À chaque fois qu'un
descripteur est dupliqué avec dup(2), dup2(2), F_DUPFD de fcntl(2) ou fork(2), un
nouveau descripteur de fichier qui se réfère au même fichier ouvert est créé. Une
description de fichier ouvert continue d'exister jusqu'à ce que tous les descripteurs
de fichier qui s'y réfèrent soient fermés.
Un descripteur de fichier n'est retiré d'une liste interest qu'après la fermeture de
tous les descripteurs de fichier qui se réfèrent à la description de fichier ouvert
sous-jacente. Cela signifie que même après la fermeture d'un descripteur de fichier
faisant partie de cette liste, des événements peuvent toujours être rapportés pour ce
descripteur de fichier si d'autres descripteurs de fichier, se référant à la même
description de fichier sous-jacente, restent ouverts. Pour empêcher cela, le
descripteur de fichier doit être explicitement supprimé de la liste (en utilisant
epoll_ctl(2) EPOLL_CTL_DEL) avant qu’il ne soit dupliqué. Autrement, l’application doit
assurer que tous les descripteurs soient fermés (ce qui peut être difficile si les
descripteurs ont été dupliqués en dehors du cadre par des fonctions de bibliothèque qui
utilisent dup(2) ou fork(2))
- Si plus d'un événement surviennent entre deux appels epoll_wait(2), sont-ils combinés
ou rapportés séparément ?
Ils sont combinés.
- Est-ce qu'une opération sur un descripteur affecte les événements déjà collectés mais
pas encore rapportés ?
Vous pouvez faire deux choses sur un descripteur existant. Une suppression serait sans
effet dans ce cas. Une modification revérifie les entrées et sorties disponibles.
- Dois-je lire/écrire sans cesse un descripteur jusqu'à obtenir EAGAIN si l'attribut
EPOLLET est utilisé (comportement par détection de changement d'état) ?
La réception d'un événement depuis epoll_wait(2) suggère qu'un descripteur est prêt
pour l'opération d'E/S désirée. Il doit être considéré comme prêt jusqu'à ce que la
prochaine lecture ou écriture (non bloquante) remonte un EAGAIN. Quand et comment
utiliser le descripteur dépend de vous.
Pour les fichiers orientés paquet ou jeton (par exemple, un socket datagramme ou un
terminal en mode canonique), la seule façon de détecter la fin de l'espace d'entrée et
sortie pour les lectures ou écritures est de continuer à lire ou écrire jusqu'à la
réception d'un EAGAIN.
Pour les fichiers orientés flux (par exemple, les tubes, FIFO ou sockets en mode flux),
la disponibilité des entrées et sorties peut aussi être détectée en vérifiant la
quantité de données lues ou écrites sur le descripteur. Par exemple, si vous appelez
read(2) en demandant la lecture d'une certaine quantité de données et que read(2) en
renvoie moins, vous pouvez être sûr d'avoir consommé tout le tampon d'entrée pour le
descripteur. La même chose est vraie pour l'appel système write(2) (évitez cette
dernière technique si vous ne pouvez pas garantir que le descripteur de fichier
surveillé corresponde toujours à un fichier de type flux).
Erreurs possibles et moyens de les éviter
- Starvation (edge-triggered)
S'il y a un gros volume d’espace d’E/S, il est possible qu'en essayant de les traiter,
d'autres fichiers ne soient pas pris en compte provoquant une famine. Ce problème n'est
pas spécifique à epoll.
La solution est de maintenir une liste de descripteurs prêts et de marquer le
descripteur de fichier prêt dans leur structure associée, permettant à l'application de
savoir quels fichiers traiter mais toujours en tourniquet englobant tous les fichiers
prêts. Cela permet aussi d'ignorer les événements ultérieurs sur des descripteurs
prêts.
- If using an event cache...
Si vous utilisez un cache d'événements, ou stockez tous les descripteurs renvoyés par
epoll_wait(2), alors assurez-vous de disposer d'un moyen de marquer dynamiquement leurs
fermetures (c’est-à-dire causées par un traitement d’événement précédent). Supposons
que vous recevez 100 événements d’epoll_wait(2) et que l'événement 47 implique de
fermer l’évènement 13. Si vous supprimez la structure et utilisez close(2) pour le
descripteur de fichier pour l’évènement 13, alors votre cache peut encore contenir des
événements pour ce descripteur, posant alors des problèmes de confusion.
Une solution est d'invoquer, pendant le traitement de l'événement 47,
epoll_ctl(EPOLL_CTL_DEL) pour supprimer le descripteur 13, le fermer avec close(2),
puis marquer sa structure associée comme supprimée et la lier à une liste de nettoyage.
Si vous rencontrez un autre événement pour le descripteur 13 dans votre traitement,
vous verrez qu'il a été supprimé précédemment sans que cela ne prête à confusion.
VERSIONS
The epoll API was introduced in Linux kernel 2.5.44. Support was added in glibc 2.3.2.
STANDARDS
L'API epoll est spécifique à Linux. Certains autres systèmes fournissent des mécanismes
similaires. Par exemple, FreeBSD propose kqueue et Solaris /dev/poll.
NOTES
The set of file descriptors that is being monitored via an epoll file descriptor can be
viewed via the entry for the epoll file descriptor in the process's /proc/pid/fdinfo
directory. See proc(5) for further details.
L’opération KCMP_EPOLL_TFD de kcmp(2) peut être utilisée pour tester si un descripteur de
fichier est présent dans une instance d’epoll.
VOIR AUSSI
epoll_create(2), epoll_create1(2), epoll_ctl(2), epoll_wait(2), poll(2), select(2)
TRADUCTION
La traduction française de cette page de manuel a été créée par Christophe Blaess
<https://www.blaess.fr/christophe/>, Stéphan Rafin <stephan.rafin@laposte.net>, Thierry
Vignaud <tvignaud@mandriva.com>, François Micaux, Alain Portal <aportal@univ-montp2.fr>,
Jean-Philippe Guérard <fevrier@tigreraye.org>, Jean-Luc Coulon (f5ibh) <jean-
luc.coulon@wanadoo.fr>, Julien Cristau <jcristau@debian.org>, Thomas Huriaux
<thomas.huriaux@gmail.com>, Nicolas François <nicolas.francois@centraliens.net>, Florentin
Duneau <fduneau@gmail.com>, Simon Paillard <simon.paillard@resel.enst-bretagne.fr>, Denis
Barbier <barbier@debian.org>, David Prévot <david@tilapin.org> et Jean-Paul Guillonneau
<guillonneau.jeanpaul@free.fr>
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