多路IO转接服务器——epoll模型

epoll是Linux下多路复用IO接口select/poll的增强版本，目前epell是linux大规模并发网络程序中的热门首选模型。epoll监视的描述符数量也不受限制，它所支持的fd上限是最大可以打开文件的数目（具体数目可以cat /proc/sys/fs/file-max察看）

epoll函数涉及到的函数有：

1.创建一个epoll句柄，参数size用来告诉内核监听的文件描述符个数，跟内存大小有关
int epoll_create(int size)
size：告诉内核监听的数目

2.控制某个epoll监控的文件描述符上的事件：注册、修改、删除。
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event)
epfd：为epoll_creat的句柄
op：表示动作，用3个宏来表示：
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)；
event：告诉内核需要监听的事件
struct epoll_event {
__uint32_t events; /* Epoll events */
epoll_data_t data; /* User data variable */
};
typedef union epoll_data {
void        *ptr;
int          fd;
uint32_t     u32;
uint64_t     u64;
} epoll_data_t;
events取值可以有如下：
EPOLLIN ：表示对应的文件描述符可以读（包括对端SOCKET正常关闭）
EPOLLOUT：表示对应的文件描述符可以写
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
说的
EPOLLONESHOT：只监听一次事件，当监听完这次事件之后，如果还需要继续监听这个socket的话，需
要再次把这个socket加入到EPOLL队列里

3.等待所监控文件描述符上有事件的产生，类似于select()调用。
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout)
events：用来从内核得到事件的集合，
maxevents：告之内核这个events有多大，这个maxevents的值不能大于创建epoll_create()时的size，
timeout：是超时时间
-1：阻塞
0：立即返回，非阻塞
>0：指定微秒
返回值：成功返回有多少文件描述符就绪，时间到时返回0，出错返回-1

服务器端代码：server.c

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define MAXLINE 80
#define SERV_PORT 8000
#define OPEN_MAX 1024
int main(int argc, char *argv[])
{
	int i, j, maxi, listenfd, connfd, sockfd;
	int nready, efd, res;
	ssize_t n;
	char buf[MAXLINE], str[INET_ADDRSTRLEN];
	socklen_t clilen;
	int client[OPEN_MAX];
	struct sockaddr_in cliaddr, servaddr;
	struct epoll_event tep, ep[OPEN_MAX];
	listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
	servaddr.sin_family = AF_INET;
	servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
	servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
	bind(listenfd, (struct sockaddr *) &servaddr, sizeof(servaddr));
	listen(listenfd, 20);
	for (i = 0; i < OPEN_MAX; i++)
		client[i] = -1;
	maxi = -1;
	efd = epoll_create(OPEN_MAX);//创建句柄
	if (efd == -1)
		perr_exit("epoll_create");
	tep.events = EPOLLIN; 
	tep.data.fd = listenfd;
	res = epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_ADD, listenfd, &tep);//把listenfd添加进句柄中
	if (res == -1)
		perr_exit("epoll_ctl");
	for ( ; ; ) {
		nready = epoll_wait(efd, ep, OPEN_MAX, -1); /* 阻塞监听 */
		if (nready == -1)
			perr_exit("epoll_wait");
		for (i = 0; i < nready; i++) {
			if (!(ep[i].events & EPOLLIN))
				continue;
			if (ep[i].data.fd == listenfd) {//如果listenfd就绪，那么就调用accept，得到连接的客户端的socket描述符
				clilen = sizeof(cliaddr);
				connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &clilen);
				printf("received from %s at PORT %d\n", inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr, str, sizeof(str)), ntohs(cliaddr.sin_port));
				for (j = 0; j < OPEN_MAX; j++)
					if (client[j] < 0) {
						client[j] = connfd; /* save descriptor */
						break;}
				if (j == OPEN_MAX)
					perr_exit("too many clients");
				if (j > maxi)
					maxi = j; /* 更新maxi*/
				tep.events = EPOLLIN; tep.data.fd = connfd;
				res = epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_ADD, connfd, &tep);//把accept返回的connfd添加进句柄
				if (res == -1)
					perr_exit("epoll_ctl");
				}
			else {
					sockfd = ep[i].data.fd;
					n = read(sockfd, buf, MAXLINE);
					if (n == 0) {//如果n=0，代表sockfd描述符没有数据了
						for (j = 0; j <= maxi; j++) {
							if (client[j] == sockfd) {
								client[j] = -1;
								break;
							}
						}
						res = epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_DEL, sockfd, NULL);//将文件描述符从句柄中删除掉，
						if (res == -1)
							perr_exit("epoll_ctl");
						close(sockfd);
						printf("client[%d] closed connection\n", j);
					}
					else {
					for (j = 0; j < n; j++)
				    	buf[j] = toupper(buf[j]);
					writen(sockfd, buf, n);
					}
				}
		}
	}
	close(listenfd);
	close(efd);
	return 0;
}

客户端代码：client.c

#include 
#include 
#include 
#include 
#define MAXLINE 80
#define SERV_PORT 8000
int main(int argc, char *argv[])
{
	struct sockaddr_in servaddr;
	char buf[MAXLINE];
	int sockfd, n;
	sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
	servaddr.sin_family = AF_INET;
	inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &servaddr.sin_addr);
	servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
	connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
	while (fgets(buf, MAXLINE, stdin) != NULL) {
		write(sockfd, buf, strlen(buf));
		n = Read(sockfd, buf, MAXLINE);
		if (n == 0)
			printf("the other side has been closed.\n");
		else
			write(STDOUT_FILENO, buf, n);
	}
	close(sockfd);
	return 0;
}

运行结果如下：