多路IO转接服务器实现方法三：epoll()函数

epoll是Linux下多路复用接口select/poll的增强版本。

1. 它能显著提高程序在大量并发连接中只有少量活跃的情况下的系统CPU利用率，因为它会复用文件描述符集合来传递结果而不用每次等待时间之前都必须重新准备要被监听的文件描述符集合
2. 获取事件的时候，它无须遍历整个被监听的文件描述符集，只要遍历那些被内核IO事件异步唤醒而加入Ready队列的描述符集合就行了
3. 目前epoll是Linux大规模并发网络程序中的热门首选模型
4. 除了提供select/poll那种IO事件的电平触发外，还提供了边沿触发，这使得用户空间程序有可能暂存IO状态，减少epoll_wait/epoll_pwait的调用，提高应用程序效率

epoll基础API

• 头文件<sys/epoll.h>

1 epoll_create函数

函数原型

int epoll_create(int size);

• 功能
  创建一个epoll句柄，参数size用来告诉内核监听的文件描述符的个数，跟内存大小有关。
• 参数
  size：监听数目

2 epoll_ctl函数

函数原型

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

• 功能
  控制某个epoll监控的文件描述符上的事件：注册、修改、删除。

• 参数
  epfd：为epoll_create的句柄
  event：告诉内核需要监听的事件
  op：表示动作，常用的三个宏

  • EPOLL_CTL_ADD：注册新的fd到epfd
  • EPOLL_CTL_MOD：修改已经注册的fd的监听事件
  • EPOLL_CTL_DEL：从epfd删除一个fd

• 两个结构体

  struct epoll_event{
  	_uint32_t events;
  	epoll_data_t data;
  }
  struct union epoll_data{
  	void* ptr;
  	int fd;
  	uint32_t u32;
  	uint64_t u64;
  }epoll_data_t;
  

3 epoll_wait函数

函数原型

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

• 功能
  等待所监控文件描述符上有事件的产生，类似于select()调用
• 参数
  events：用来存内核得到事件的集合
  maxevents：告诉内核这个events有多大，这个maxevents的值不能大于创建epoll_create()时的size
timeout：超时时间
  • -1：阻塞
  • 0：立即返回，非阻塞

  • 0：指定毫秒

• 返回值
  成功返回有多少满足条件的文件描述符。
  超时时间到时返回0，出错返回-1.

例子

#include <stdio.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <ctype.h>

#define IP "127.0.0.1"
#define PORT 8888

int main()
{
    //1、创建套接字
    int sfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

    //设置端口复用，免去TIME_WAIT阶段需要等的2MSL时间
    int opt = 1;
    setsockopt(sfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEPORT,&opt,sizeof (opt));

    //2、绑定
    struct sockaddr_in serv_addr;
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_port = htons(PORT);
    inet_pton(AF_INET,IP,&serv_addr.sin_addr.s_addr);
    socklen_t serv_len = sizeof (serv_addr);
    int ret = bind(sfd,(struct sockaddr*)&serv_addr,serv_len);
    if(ret != 0){
        printf("bind error:%s\n",strerror(ret));
        exit(1);
    }

    //3、监听，设置最大连接数
    listen(sfd,128);

    //开始使用epoll帮忙监听
    while(1){
        //创建红黑树的根节点出来，返回值epfd个数是要监听的文件描述符个数
        int epfd = epoll_create(10);
        if(ret < 0){
            perror("epoll_create error");
            exit(2);
        }

        //将sfd文件描述符挂到这颗红黑树上
        struct epoll_event inevent;
        inevent.events = EPOLLIN;
        inevent.data.fd = sfd;
        epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,sfd,&inevent);

        while(1){
            //监听，如果有事件发生，会传出到outevent中
            struct epoll_event outevent[10];
            ret = epoll_wait(epfd,outevent,sizeof (outevent),-1);
            //epoll_wait函数发生后，就会有事件发生后，直接遍历这ret个文件描述符，看是哪个文件描述符发生了事件
            for(int i = 0; i < ret;i++){
                printf("-----------%d------------\n",i);
                if(!(outevent[i].events & EPOLLIN))//如果不是“读”事件就continue
                    continue;

                //判断如果是sfd有读事件发生，说明有新的客户端连接，调用accept
                //如果不是sfd有读事件发生，说明是客户端要发送数据
                int sockfd = outevent[i].data.fd;
                if(outevent[i].data.fd == sfd){
                    struct sockaddr_in clie_addr;
                    socklen_t clie_len = sizeof (clie_addr);
                    sockfd = accept(sfd,(struct sockaddr*)&clie_addr,&clie_len);
                    //打印客户端的ip和port
                    char buf[BUFSIZ];
                    memset(buf,0,sizeof (buf));
                    printf("%s connected, port: %d\n",inet_ntop(AF_INET,&clie_addr.sin_addr.s_addr,buf,
                                                                sizeof (buf)),ntohs(clie_addr.sin_port));

                    //将新连接的客户端的文件描述符也加入到这颗红黑树中进行监听
                    struct epoll_event cevent;
                    cevent.events = EPOLLIN;
                    cevent.data.fd = sockfd;
                    epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,sockfd,&cevent);
                }else{
                    char rwbuf[BUFSIZ];
                    memset(rwbuf,0,sizeof (rwbuf));
                    int len = read(sockfd,rwbuf,sizeof (rwbuf));
                    if(len == 0){//读结束了，客户端关闭了
                        printf(" client disconnected\n");
                        //将这个文件描述符从监听列表中去除
                        close(sockfd);
                        epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_DEL,sockfd,outevent);
                    }else if(len > 0){
                        for(int j = 0; j < len; j++){
                            rwbuf[j] = toupper(rwbuf[j]);
                        }
                        write(sockfd,rwbuf,len);
                    }
                }
            }


        }
    }
    close(sfd);
    return 0;
}