17.1 epoll理解及应用
select复用方法由来很久，利用该技术后，无论如何优化程序性能也无法同时接入上百个客户端（当然，硬件性能不同，差别很大）。这种select方式并不适合以Web服务器端开发为主流的现代开发环境。
17.1.1 基于select的I/O复用技术速度慢的原因
- 调用select函数后常见的针对所有文件描述符的循环语句
- 每次调用select函数时都需要向该函数传递监视对象信息
每次调用select函数时向操作系统传递监视对象信息，这是更大的障碍，因为如此会给程序造成很大的负担，无法通过优化代码解决，因此会造成性能上致命的缺点。
那为何需要把监视对象信息传递给操作系统呢？
因为有些函数必须借助操作系统才能完成。select函数的这一缺点可以通过如下方式弥补：仅向操作系统传递1次监视对象，监视范围或内容发生变化时只通知发生变化的事项。Linux支持的是epoll，Windows支持方式是IOCP。
17.1.2 select也有优点
因为epoll方式只在Linux下提供支持，也就是说，改进的I/O复用模型不具有兼容性。相反，大多数操作系统都支持select函数。只要满足或要求如下两个条件，即使在Linux平台下也不拘泥于epoll。
- 服务器端接入者少
- 程序应具有兼容性
17.1.3 实现epoll时必要的函数和结构体
能克服select函数缺点的epoll函数具有如下优点：
- 无需编写以监视状态变化为目的的针对所有文件描述符的循环语句
- 调用对应于select函数的epoll_wait函数时无需每次传递监视对象的信息
epoll服务器端实现中需要的3个函数：
- epoll_create:创建保存epoll文件描述符的空间
- epoll_ctl:向空间注册并注销文件描述符
- epoll_wait:与select函数类似，等待文件描述符发生变化
struct epoll_event{__uint32_t events;epoll_data_t data;}typedef union epoll_data{void *ptr;int fd;__uint32_t u32;__uint64_t u64;}epoll_data_t;
17.1.4 epoll_create
需要验证Linux内核版本大于2.6才可以进行。
zhang@zhang-virtual-machine:~/Desktop/Ctest$ cat /proc/sys/kernel/osrelease5.13.0-30-generic
#include<sys/epoll.h>
int epoll_create(int size);
//成功时返回epoll文件描述符，失败时返回-1
//调用epoll_create函数创建的文件描述符保存的空间称为"epoll例程"
#include<sys/epoll.h>
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, strcut epoll_event *event);
//成功时返回0，失败时返回-1
//epfd用于注册监视对象的epoll例程的文件描述符
//op用于指定监视对象的添加，删除或更改等操作
//fd需要注册的监视对象文件描述符
//event监视对象的实践类型
epoll_ctl第二个参数传递的常量及含义：
- EPOLL_CTL_ADD:将文件描述符注册到epoll例程
- EPOLL_CTL_DEL:从epoll例程中删除文件描述符
- EPOLL_CTL_MOD:更改注册的文件描述符的关注事件发生情况
epoll_event的成员events中可以保存的常量及所指的事件类型:
- EPOLLIN:需要读取数据的情况
- EPOLLOUT:输出缓冲为空，可以立即发送数据的情况
- EPOLLPRI:收到OOB数据的情况
- EPOLLRDHUP:断开连接或半关闭的情况，这在边缘触发方式下非常有用
- EPOLLERR:发生错误的情况
- EPOLLET:以边缘触发的方式得到事件通知
- EPOLLONESHOT:发生第一次事件后，相应文件描述符不再收到事件通知。因此需要向epoll_ctl函数的第二个参数传递EPOLL_CTL_MOD，再次设置事件
17.1.5 epoll_wait
#include<sys/epoll.h>
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);
//成功时返回发生事件的文件描述符数，失败时返回-1
//epfd表示事件发生监视范围的epoll例程的文件描述符
//events保存发生事件的文件描述符集合的结构体地址值
//maxevents第二个参数中可以保存的最大事件数
//timeout以1/1000秒为单位的等待时间，传递-1时，一直等待直到发生事件
17.1.6 基于epoll的回声服务器端
//echo_epollserv.c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<sys/socket.h>
#include<sys/epoll.h>
#define BUF_SIZE 100
#define EPOLL_SIZE 50
void error_handling(char *buf);
int main(int argc, char *argv[])
{
int serv_sock, clnt_sock;
struct sockaddr_in serv_adr, clnt_adr;
socklen_t adr_sz;
int str_len, i;
char buf[BUF_SIZE];
struct epoll_event *ep_events;
struct epoll_event event;
int epfd, event_cnt;
if(argc!=2){
printf("Usage : %s <port>\n", argv[0]);
exit(1);
}
serv_sock=socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
memset(&serv_adr, 0, sizeof(serv_adr));
serv_adr.sin_family=AF_INET;
serv_adr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
serv_adr.sin_port=htons(atoi(argv[1]));
if(bind(serv_sock, (struct sockaddr*)&serv_adr, sizeof(serv_adr))==-1)
error_handling("bind() error");
if(listen(serv_sock, 5)==-1)
error_handling("listen() error");
epfd=epoll_create(EPOLL_SIZE);
ep_events=malloc(sizeof(struct epoll_event)*EPOLL_SIZE);
event.events=EPOLLIN;
event.data.fd=serv_sock;
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, serv_sock, &event);
while(1)
{
event_cnt=epoll_wait(epfd, ep_events, EPOLL_SIZE, -1);
if(event_cnt==-1)
{
puts("epoll_wait() error");
break;
}
for(i=0; i<event_cnt; i++)
{
if(ep_events[i].data.fd==serv_sock)
{
adr_sz=sizeof(clnt_adr);
clnt_sock=accept(serv_sock, (struct sockaddr*)&clnt_adr, &adr_sz);
event.events=EPOLLIN;
event.data.fd=clnt_sock;
epoll_ctl(spfd, EPOLL_CTL_ADD, clnt_sock, &event);
printf("connected client: %d \n", clnt_sock);
}
else
{
str_len=read(ep_events[i].data.fd, buf, BUF_SIZE);
if(str_len==0)
{
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, ep_events[i].data.fd, NULL);
close(ep_events[i].data.fd);
printf("closed client: %d \n", ep_events[i].data.fd);
}
else
{
write(ep_events[i].data.fd, buf, str_len);
}
}
}
}
close(serv_sock);
close(epfd);
return 0;
}
void error_handling(char *message)
{
fputs(message, stderr);
fputc('\n', stderr);
exit(1);
}
17.2 条件触发和边缘触发
17.2.1 条件触发和边缘触发的区别在于发生事件的时间点
条件触发：只要输入缓冲中有数据就会一直通知该事件。
边缘触发：输入缓冲收到数据时仅注册1次该事件。
17.2.2 掌握条件触发的事件特性
// echo_EPLTserv.c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<sys/socket.h>
#include<sys/epoll.h>
#define BUF_SIZE 4
#define EPOLL_SIZE 50
void error_handling(char *buf);
int main(int argc, char *argv[])
{
int serv_sock, clnt_sock;
struct sockaddr_in serv_adr, clnt_adr;
socklen_t adr_sz;
int str_len, i;
char buf[BUF_SIZE];
struct epoll_event *ep_events;
struct epoll_event event;
int epfd, event_cnt;
if(argc!=2){
printf("Usage : %s <port>\n", argv[0]);
exit(1);
}
serv_sock=socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
memset(&serv_adr, 0, sizeof(serv_adr));
serv_adr.sin_family=AF_INET;
serv_adr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
serv_adr.sin_port=htons(atoi(argv[1]));
if(bind(serv_sock, (struct sockaddr*)&serv_adr, sizeof(serv_adr))==-1)
error_handling("bind() error");
if(listen(serv_sock, 5)==-1)
error_handling("listen() error");
epfd=epoll_create(EPOLL_SIZE);
ep_events=malloc(sizeof(struct epoll_event)*EPOLL_SIZE);
event.events=EPOLLIN;
event.data.fd=serv_sock;
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, serv_sock, &event);
while(1)
{
event_cnt=epoll_wait(epfd, ep_events, EPOLL_SIZE, -1);
if(event_cnt==-1)
{
puts("epoll_wait() error");
break;
}
puts("return epoll_wait");
for(i=0; i<event_cnt; i++)
{
if(ep_events[i].data.fd==serv_sock)
{
adr_sz=sizeof(clnt_adr);
clnt_sock=accept(serv_sock, (struct sockaddr*)&clnt_adr, &adr_sz);
event.events=EPOLLIN;
event.data.fd=clnt_sock;
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, clnt_sock, &event);
printf("connected client: %d \n", clnt_sock);
}
else
{
str_len=read(ep_events[i].data.fd, buf, BUF_SIZE);
if(str_len==0) //close request!
{
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, ep_events[i].data.fd, NULL);
close(ep_events[i].data.fd);
printf("closed client: %d \n", ep_events[i].data.fd);
}
else
{
write(ep_events[i].data.fd, buf, str_len);
}
}
}
}
close(serv_sock);
close(epfd);
return 0;
}
void error_handling(char *message)
{
fputs(message, stderr);
fputc('\n', stderr);
exit(1);
}
17.2.3 边缘触发的服务器端实现中必知的两点
- 通过errno变量验证错误原因
- 为了完成非阻塞I/O，更改套接字特性
#include<fcntl.h>
int fcntl(int filedes, int cmd, ...);
//成功时返回cmd参数相关值，失败时返回-1
//filedes 属性更改目标的文件描述符
//cmd 表示函数调用的目的
17.2.4 实现边缘触发的回声服务器端
//echo_EPETserv.c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<sys/socket.h>
#include<sys/epoll.h>
#include<fcntl.h>
#include<errno.h>
#define BUF_SIZE 4
#define EPOLL_SIZE 50
void setnonblockingmode(int fd);
void error_handling(char *buf);
int main(int argc, char *argv[])
{
int serv_sock, clnt_sock;
struct sockaddr_in serv_adr, clnt_adr;
socklen_t adr_sz;
int str_len, i;
char buf[BUF_SIZE];
struct epoll_event *ep_events;
struct epoll_event event;
int epfd, event_cnt;
if(argc!=2){
printf("Usage : %s <port>\n", argv[0]);
exit(1);
}
serv_sock=socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
memset(&serv_adr, 0, sizeof(serv_adr));
serv_adr.sin_family=AF_INET;
serv_adr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
serv_adr.sin_port=htons(atoi(argv[1]));
if(bind(serv_sock, (struct sockaddr*)&serv_adr, sizeof(serv_adr))==-1)
error_handling("bind() error");
if(listen(serv_sock, 5)==-1)
error_handling("listen() error");
epfd=epoll_create(EPOLL_SIZE);
ep_events=malloc(sizeof(struct epoll_event)*EPOLL_SIZE);
setnonblockingmode(serv_sock);
event.events=EPOLLIN;
event.data.fd=serv_sock;
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, serv_sock, &event);
while(1)
{
event_cnt=epoll_wait(epfd, ep_events, EPOLL_SIZE, -1);
if(event_cnt==-1)
{
puts("epoll_wait() error");
break;
}
puts("return epoll_wait");
for(i=0; i<event_cnt; i++)
{
if(ep_events[i].data.fd==serv_sock)
{
adr_sz=sizeof(clnt_adr);
clnt_sock=accept(serv_sock, (struct sockaddr*)&clnt_adr, &adr_sz);
setnonblockingmode(clnt_sock);
event.events=EPOLLIN;
event.data.fd=clnt_sock;
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, clnt_sock, &event);
printf("connected client: %d \n", clnt_sock);
}
else
{
while(1)
{
str_len=read(ep_events[i].data.fd, buf, BUF_SIZE);
if(str_len==0) //close request!
{
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, ep_events[i].data.fd, NULL);
close(ep_events[i].data.fd);
printf("closed client: %d \n", ep_events[i].data.fd);
break;
}
else if(str_len<0)
{
if(errno==EAGAIN)
break;
}
else
{
write(ep_events[i].data.fd, buf, str_len);
}
}
}
}
}
close(serv_sock);
close(epfd);
return 0;
}
void setnonblockingmode(int fd)
{
int flag=fcntl(fd, F_GETFL, 0);
fcntl(fd, F_SETFL, flag|O_NONBLOCK);
}
void error_handling(char *message)
{
fputs(message, stderr);
fputc('\n', stderr);
exit(1);
}
# server
zhang@zhang-virtual-machine:~/Desktop/Ctest/Demo34$ ./echo_EPETserv 9190
return epoll_wait
connected client: 5
return epoll_wait
return epoll_wait
closed client: 5
^C
# client
zhang@zhang-virtual-machine:~/Desktop/Ctest/Demo34$ ./echo_client 127.0.0.1 9190
Connected.........
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