IO多路复用之epoll使用

时间 2019-11-09

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IO多路复用之epolllinux

1、基础服务器

　　epoll是在2.6内核中提出的，是以前的select和poll的加强版本。相对于select和poll来讲，epoll更加灵活，没有描述符限制。epoll使用一个文件描述符管理多个描述符，将用户关系的文件描述符的事件存放到内核的一个事件表中，采用了mmap机制减小内存拷贝。epoll完善了select，poll的不足之处，能支撑百万句柄的链接，但若是在少许链接状况下，性能并不必定比poll或select好。异步

2、APIsocket

#include <sys/epoll.h>函数

int epoll_create(int size);性能

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

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);ui

（1） int epoll_create(int size);
　　建立一个epoll的句柄，size用来告诉内核这个监听的数目一共有多大。这个参数不一样于select()中的第一个参数，给出最大监听的fd+1的值。须要注意的是，当建立好epoll句柄后，它就是会占用一个fd值，在linux下若是查看/proc/进程id/fd/，是可以看到这个fd的，因此在使用完epoll后，必须调用close()关闭，不然可能致使fd被耗尽。spa

（2）int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
　　epoll的事件注册函数，它不一样与select()是在监听事件时告诉内核要监听什么类型的事件epoll的事件注册函数，它不一样与select()是在监听事件时告诉内核要监听什么类型的事件，而是在这里先注册要监听的事件类型。第一个参数是epoll_create()的返回值，第二个参数表示动做，用三个宏来表示：
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；
第三个参数是须要监听的fd，第四个参数是告诉内核须要监听什么事，struct epoll_event结构以下：server

struct epoll_event {

__uint32_t events; /* Epoll events */

epoll_data_t data; /* User data variable */

};

events能够是如下几个宏的集合：
EPOLLIN ：表示对应的文件描述符能够读（包括对端SOCKET正常关闭）；
EPOLLOUT：表示对应的文件描述符能够写；
EPOLLPRI：表示对应的文件描述符有紧急的数据可读（这里应该表示有带外数据到来）；
EPOLLERR：表示对应的文件描述符发生错误；
EPOLLHUP：表示对应的文件描述符被挂断；
EPOLLET：将EPOLL设为边缘触发(Edge Triggered)模式，这是相对于水平触发(Level Triggered)来讲的，fd默认是使用LT模式。
EPOLLONESHOT：只监听一次事件，当监听完此次事件以后，若是还须要继续监听这个socket的话，须要再次把这个socket加入到EPOLL队列里

（3） int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
　　等待事件的产生，相似于select()调用。参数events用来从内核获得事件的集合，maxevents告以内核这个events有多大，这个maxevents的值不能大于建立epoll_create()时的size，参数timeout是超时时间（毫秒，0会当即返回，-1将不肯定，也有说法说是永久阻塞）。该函数返回须要处理的事件数目，如返回0表示已超时。

3、工做模式

　　epoll对文件描述符的操做有两种模式：LT（level trigger）和ET（edge trigger）。LT模式是默认模式，LT模式与ET模式的区别以下：

　　LT模式：当epoll_wait检测到描述符事件发生并将此事件通知应用程序，应用程序能够不当即处理该事件。下次调用epoll_wait时，会再次响应应用程序并通知此事件。

　　ET模式：当epoll_wait检测到描述符事件发生并将此事件通知应用程序，应用程序必须当即处理该事件。若是不处理，下次调用epoll_wait时，不会再次响应应用程序并通知此事件。且须要用一次性读取或写入全部数据，即调用read，write，accept时须要循环处理。

　　ET模式在很大程度上减小了epoll事件被重复触发的次数，所以效率要比LT模式高。epoll工做在ET模式的时候，必须使用非阻塞套接口，以免因为一个文件句柄的阻塞读/阻塞写操做把处理多个文件描述符的任务饿死。

　　ET模式关于EPOLLIN与EPOLLOUT事件触发问题：

EPOLLOUT事件：
EPOLLOUT事件只有在链接时触发一次，表示可写，其余时候想要触发，那你要先准备好下面条件：
1.某次write，写满了发送缓冲区，返回错误码为EAGAIN。
2.对端读取了一些数据，又从新可写了，此时会触发EPOLLOUT。
简单地说：EPOLLOUT事件只有在不可写到可写的转变时刻，才会触发一次，因此叫边缘触发，这叫法没错的！

其实，若是你真的想强制触发一次，也是有办法的，直接调用epoll_ctl从新设置一下event就能够了，event跟原来的设置如出一辙都行（但必须包含EPOLLOUT），关键是从新设置，就会立刻触发一次EPOLLOUT事件。

EPOLLIN事件：
EPOLLIN事件则只有当对端有数据写入时才会触发，因此触发一次后须要不断读取全部数据直到读完EAGAIN为止。不然剩下的数据只有在下次对端有写入时才能一块儿取出来了。
PS：epoll必需要求异步socket，若是同步socket，并且要求读完全部数据，那么最终就会在堵死在阻塞里

4、测试程序

　（1）服务器demo，采用LT模式

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <string.h>

#include <errno.h>

#include <netinet/in.h>

#include <sys/socket.h>

#include <arpa/inet.h>

#include <sys/epoll.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/types.h>

#define IPADDRESS "127.0.0.1"

#define PORT 8787

#define MAXSIZE 1024

#define LISTENQ 5

#define FDSIZE 1000

#define EPOLLEVENTS 100

//函数声明

//建立套接字并进行绑定

static int socket_bind(const char* ip,int port);

//IO多路复用epoll

static void do_epoll(int listenfd);

//事件处理函数

static void

handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int listenfd,char *buf);

//处理接收到的链接

static void handle_accpet(int epollfd,int listenfd);

//读处理

static void do_read(int epollfd,int fd,char *buf);

//写处理

static void do_write(int epollfd,int fd,char *buf);

//添加事件

static void add_event(int epollfd,int fd,int state);

//修改事件

static void modify_event(int epollfd,int fd,int state);

//删除事件

static void delete_event(int epollfd,int fd,int state);

int main(int argc,char *argv[])

{

int listenfd;

listenfd = socket_bind(IPADDRESS,PORT);

listen(listenfd,LISTENQ);

do_epoll(listenfd);

return 0;

}

static int socket_bind(const char* ip,int port)

{

int listenfd;

struct sockaddr_in servaddr;

listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

if (listenfd == -1)

{

perror("socket error:");

exit(1);

}

bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));

servaddr.sin_family = AF_INET;

inet_pton(AF_INET,ip,&servaddr.sin_addr);

servaddr.sin_port = htons(port);

if (bind(listenfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) == -1)

{

perror("bind error: ");

exit(1);

}

return listenfd;

}

static void do_epoll(int listenfd)

{

int epollfd;

struct epoll_event events[EPOLLEVENTS];

int ret;

char buf[MAXSIZE];

memset(buf,0,MAXSIZE);

//建立一个描述符

epollfd = epoll_create(FDSIZE);

//添加监听描述符事件

add_event(epollfd,listenfd,EPOLLIN);

for ( ; ; )

{

//获取已经准备好的描述符事件

ret = epoll_wait(epollfd,events,EPOLLEVENTS,-1);

handle_events(epollfd,events,ret,listenfd,buf);

}

close(epollfd);

}

static void

handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int listenfd,char *buf)

{

int i;

int fd;

//进行选好遍历

for (i = 0;i < num;i++)

{

fd = events[i].data.fd;

//根据描述符的类型和事件类型进行处理

if ((fd == listenfd) &&(events[i].events & EPOLLIN))

handle_accpet(epollfd,listenfd);

else if (events[i].events & EPOLLIN)

do_read(epollfd,fd,buf);

else if (events[i].events & EPOLLOUT)

do_write(epollfd,fd,buf);

}

static void handle_accpet(int epollfd,int listenfd)

{

int clifd;

struct sockaddr_in cliaddr;

socklen_t cliaddrlen;

clifd = accept(listenfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&cliaddrlen);

if (clifd == -1)

perror("accpet error:");

else

{

printf("accept a new client: %s:%d\n",inet_ntoa(cliaddr.sin_addr),cliaddr.sin_port);

//添加一个客户描述符和事件

add_event(epollfd,clifd,EPOLLIN);

}

static void do_read(int epollfd,int fd,char *buf)

{

int nread;

nread = read(fd,buf,MAXSIZE);

if (nread == -1)

{

perror("read error:");

close(fd);

delete_event(epollfd,fd,EPOLLIN);

}

else if (nread == 0)

{

fprintf(stderr,"client close.\n");

close(fd);

delete_event(epollfd,fd,EPOLLIN);

}

else

{

printf("read message is : %s",buf);

//修改描述符对应的事件，由读改成写

modify_event(epollfd,fd,EPOLLOUT);

}

static void do_write(int epollfd,int fd,char *buf)

{

int nwrite;

nwrite = write(fd,buf,strlen(buf));

if (nwrite == -1)

{

perror("write error:");

close(fd);

delete_event(epollfd,fd,EPOLLOUT);

}

else

modify_event(epollfd,fd,EPOLLIN);

memset(buf,0,MAXSIZE);

}

static void add_event(int epollfd,int fd,int state)

{

struct epoll_event ev;

ev.events = state;

ev.data.fd = fd;

epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_ADD,fd,&ev);

}

static void delete_event(int epollfd,int fd,int state)

{

struct epoll_event ev;

ev.events = state;

ev.data.fd = fd;

epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_DEL,fd,&ev);

}

static void modify_event(int epollfd,int fd,int state)

{

struct epoll_event ev;

ev.events = state;

ev.data.fd = fd;

epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_MOD,fd,&ev);

}

（2）客户端demo，也用epoll实现，控制STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO、和sockfd三个描述符

#include <netinet/in.h>

#include <sys/socket.h>

#include <stdio.h>

#include <string.h>

#include <stdlib.h>

#include <sys/epoll.h>

#include <time.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/types.h>

#include <arpa/inet.h>

#define MAXSIZE 1024

#define IPADDRESS "127.0.0.1"

#define SERV_PORT 8787

#define FDSIZE 1024

#define EPOLLEVENTS 20

static void handle_connection(int sockfd);

static void

handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int sockfd,char *buf);

static void do_read(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf);

static void do_write(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf);

static void add_event(int epollfd,int fd,int state);

static void delete_event(int epollfd,int fd,int state);

static void modify_event(int epollfd,int fd,int state);

int main(int argc,char *argv[])

{

int sockfd;

struct sockaddr_in servaddr;

sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));

servaddr.sin_family = AF_INET;

servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);

inet_pton(AF_INET,IPADDRESS,&servaddr.sin_addr);

connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));

//处理链接

handle_connection(sockfd);

close(sockfd);

return 0;

}

static void handle_connection(int sockfd)

{

int epollfd;

struct epoll_event events[EPOLLEVENTS];

char buf[MAXSIZE];

int ret;

epollfd = epoll_create(FDSIZE);

add_event(epollfd,STDIN_FILENO,EPOLLIN);

for ( ; ; )

{

ret = epoll_wait(epollfd,events,EPOLLEVENTS,-1);

handle_events(epollfd,events,ret,sockfd,buf);

}

close(epollfd);

}

static void

handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int sockfd,char *buf)

{

int fd;

int i;

for (i = 0;i < num;i++)

{

fd = events[i].data.fd;

if (events[i].events & EPOLLIN)

do_read(epollfd,fd,sockfd,buf);

else if (events[i].events & EPOLLOUT)

do_write(epollfd,fd,sockfd,buf);

}

static void do_read(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf)

{

int nread;

nread = read(fd,buf,MAXSIZE);

if (nread == -1)

{

perror("read error:");

close(fd);

}

else if (nread == 0)

{

fprintf(stderr,"server close.\n");

close(fd);

}

else

{

if (fd == STDIN_FILENO)

add_event(epollfd,sockfd,EPOLLOUT);

else

{

delete_event(epollfd,sockfd,EPOLLIN);

add_event(epollfd,STDOUT_FILENO,EPOLLOUT);

}

static void do_write(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf)

{

int nwrite;

nwrite = write(fd,buf,strlen(buf));

if (nwrite == -1)

{

perror("write error:");

close(fd);

}

else

{

if (fd == STDOUT_FILENO)

delete_event(epollfd,fd,EPOLLOUT);

else

modify_event(epollfd,fd,EPOLLIN);

}

memset(buf,0,MAXSIZE);

}

static void add_event(int epollfd,int fd,int state)

{

struct epoll_event ev;

ev.events = state;

ev.data.fd = fd;

epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_ADD,fd,&ev);

}

static void delete_event(int epollfd,int fd,int state)

{

struct epoll_event ev;

ev.events = state;

ev.data.fd = fd;

epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_DEL,fd,&ev);

}

static void modify_event(int epollfd,int fd,int state)

{

struct epoll_event ev;

ev.events = state;

ev.data.fd = fd;

epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_MOD,fd,&ev);

}