多路IO转接(三):epoll

一、相关函数说明

int epoll_create(int size);						创建一棵监听红黑树

	size:创建的红黑树的监听节点数量。(仅供内核参考。)

	返回值:指向新创建的红黑树的根节点的 fd。 

		失败: -1 errno
		

int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);	操作监听红黑树

	epfd:epoll_create 函数的返回值。 epfd

	op:对该监听红黑数所做的操作。

		EPOLL_CTL_ADD 添加fd到 监听红黑树

		EPOLL_CTL_MOD 修改fd在 监听红黑树上的监听事件。

		EPOLL_CTL_DEL 将一个fd 从监听红黑树上摘下(取消监听)

	fd:
		待监听的fd

	event:	本质 struct epoll_event 结构体 地址

		成员 events:

			EPOLLIN / EPOLLOUT / EPOLLERR

		成员 data: 联合体:

			int fd;	  对应监听事件的 fd

			void *ptr; 

			uint32_t u32;

			uint64_t u64;		

	返回值:成功 0; 失败: -1 


int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout); 	 阻塞监听。

	epfd:epoll_create 函数的返回值。 epfd

	events:传出参数,【数组】, 满足监听条件的 哪些 fd 结构体。

	maxevents:数组 元素的总个数。
			
	timeout:

		-1: 阻塞

		0: 不阻塞

		>0: 超时时间 (毫秒)

	返回值:

		> 0: 满足监听的 总个数。 可以用作循环上限。

		0: 没有fd满足监听事件

		-1:失败。 

二、epoll 事件模型:

ET模式:

	边沿触发:

		缓冲区剩余未读尽的数据不会导致 epoll_wait 返回。 新的事件满足,才会触发。

LT模式:

	水平触发 -- 默认采用模式。

		缓冲区剩余未读尽的数据会导致 epoll_wait 返回。

结论:
	epoll 的 ET模式, 高效模式,但是只支持 非阻塞模式。 --- 忙轮询。

三、epoll优点

1、没有最大并发连接的限制,能打开的FD的上限远大于1024(1G的内存上能监听约10万个端口);

2、效率提升,不是轮询的方式,不会随着FD数目的增加效率下降。只有活跃可用的FD才会调用callback函数;
即Epoll最大的优点就在于它只管你“活跃”的连接,而跟连接总数无关,因此在实际的网络环境中,Epoll的效率就会远远高于select和poll。

3、 内存拷贝,利用mmap()文件映射内存加速与内核空间的消息传递;即epoll使用mmap减少复制开销。

参考链接
select、poll、epoll之间的区别(搜狗面试)

四、demo

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

#include "wrap.h"

#define MAXLINE 8192
#define SERV_PORT 8000

#define OPEN_MAX 5000

int main(int argc, char *argv[])
{
    int i, listenfd, connfd, sockfd;
    int  n, num = 0;
    ssize_t nready, efd, res;
    char buf[MAXLINE], str[INET_ADDRSTRLEN];
    socklen_t clilen;

    struct sockaddr_in cliaddr, servaddr;
    
    listenfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    int opt = 1;
    setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));      //端口复用
    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);

    efd = epoll_create(OPEN_MAX);               //创建epoll模型, efd指向红黑树根节点
    if (efd == -1)
        perr_exit("epoll_create error");

    struct epoll_event tep, ep[OPEN_MAX];       //tep: epoll_ctl参数  ep[] : epoll_wait参数

    tep.events = EPOLLIN; 
    tep.data.fd = listenfd;           //指定lfd的监听时间为"读"

    res = epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_ADD, listenfd, &tep);    //将lfd及对应的结构体设置到树上,efd可找到该树
    if (res == -1)
        perr_exit("epoll_ctl error");

    for ( ; ; ) {
        /*epoll为server阻塞监听事件, ep为struct epoll_event类型数组, OPEN_MAX为数组容量, -1表永久阻塞*/
        nready = epoll_wait(efd, ep, OPEN_MAX, -1); 
        if (nready == -1)
            perr_exit("epoll_wait error");

        for (i = 0; i < nready; i++) {
            if (!(ep[i].events & EPOLLIN))      //如果不是"读"事件, 继续循环
                continue;

            if (ep[i].data.fd == listenfd) {    //判断满足事件的fd是不是lfd            
                clilen = sizeof(cliaddr);
                connfd = Accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &clilen);    //接受链接

                printf("received from %s at PORT %d\n", 
                        inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr, str, sizeof(str)), 
                        ntohs(cliaddr.sin_port));
                printf("cfd %d---client %d\n", connfd, ++num);

                tep.events = EPOLLIN; tep.data.fd = connfd;
                res = epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_ADD, connfd, &tep);      //加入红黑树
                if (res == -1)
                    perr_exit("epoll_ctl error");

            } else {                                                    //不是lfd, 
                sockfd = ep[i].data.fd;
                n = Read(sockfd, buf, MAXLINE);

                if (n == 0) {                                           //读到0,说明客户端关闭链接
                    res = epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_DEL, sockfd, NULL);  //将该文件描述符从红黑树摘除
                    if (res == -1)
                        perr_exit("epoll_ctl error");
                    Close(sockfd);                                      //关闭与该客户端的链接
                    printf("client[%d] closed connection\n", sockfd);

                } else if (n < 0) {                                     //出错
                    perror("read n < 0 error: ");
                    res = epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_DEL, sockfd, NULL);  //摘除节点
                    Close(sockfd);

                } else {                                                //实际读到了字节数
                    for (i = 0; i < n; i++)
                        buf[i] = toupper(buf[i]);                       //转大写,写回给客户端

                    Write(STDOUT_FILENO, buf, n);
                    Writen(sockfd, buf, n);
                }
            }
        }
    }
    Close(listenfd);
    Close(efd);

    return 0;
}

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