socket编程入门篇（六）

这篇博客介绍使用epoll函数实现并发服务器。

服务端代码：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
 
 
#define MAX_EVENTS 10
#define LISTENQ 20
#define PORT 5000 //8080
 
 
//设置socket连接为非阻塞模式
void setnonblocking (int fd)
{
	int opts;
 
	opts = fcntl (fd, F_GETFL);
	if (opts < 0)
	{
		perror ("fcntl(F_GETFL)\n");
		exit (1);
	}
	opts = (opts | O_NONBLOCK);
	if (fcntl (fd, F_SETFL, opts) < 0)
	{
		perror ("fcntl(F_SETFL)\n");
		exit (1);
	}
}
 
int main ()
{
	struct epoll_event ev, events[MAX_EVENTS];
	int listenfd, connfd, nfds, epfd, sockfd, i, nread, n;
	struct sockaddr_in local, remote;
    socklen_t addrlen;
	char buf[BUFSIZ];
 
	//创建listen socket
	if ((listenfd = socket (AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
	{
		perror ("sockfd\n");
		exit (1);
	}
	setnonblocking (listenfd);
	bzero (&local, sizeof (local));
	local.sin_family = AF_INET;
	local.sin_addr.s_addr = htonl (INADDR_ANY);;
	local.sin_port = htons (PORT);
	if (bind (listenfd, (struct sockaddr *) &local, sizeof (local)) < 0)
	{
		perror ("bind\n");
		exit (1);
	}
	listen (listenfd, LISTENQ);
 
	epfd = epoll_create (MAX_EVENTS);
	if (epfd == -1)
	{
		perror ("epoll_create");
		exit (EXIT_FAILURE);
	}
	ev.events = EPOLLIN;
	ev.data.fd = listenfd;
	if (epoll_ctl (epfd, EPOLL_CTL_ADD, listenfd, &ev) == -1)
	{
		perror ("epoll_ctl: listen_sock");
		exit (EXIT_FAILURE);
	}
 
	for (;;)
	{
		nfds = epoll_wait (epfd, events, MAX_EVENTS, -1);
		if (nfds == -1)
		{
			perror ("epoll_wait error");
			exit (EXIT_FAILURE);
		}
 
		for (i = 0; i < nfds; ++i)
		{
			sockfd = events[i].data.fd;
			if (sockfd == listenfd)
			{
				while ((connfd = accept (listenfd, (struct sockaddr *) &remote, &addrlen)) > 0)
				{
                    char *ipaddr = inet_ntoa (remote.sin_addr);
                    printf("accept a connection from [%s]\n", ipaddr);
					setnonblocking (connfd);	//设置连接socket为非阻塞
					ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;	//边沿触发要求套接字为非阻塞模式；水平触发可以是阻塞或非阻塞模式
					ev.data.fd = connfd;
					if (epoll_ctl (epfd, EPOLL_CTL_ADD, connfd, &ev) == -1)
					{
						perror ("epoll_ctl: add");
						exit (EXIT_FAILURE);
					}
				}
				if (connfd == -1)
				{
					if (errno != EAGAIN && errno != ECONNABORTED && errno != EPROTO && errno != EINTR)
						perror ("accept");
				}
				continue;
			}
			if (events[i].events & EPOLLIN)
			{
				n = 0;
				while ((nread = read (sockfd, buf + n, BUFSIZ - 1)) > 0)
				{
					n += nread;
				}
				if (nread == -1 && errno != EAGAIN)
				{
					perror ("read error");
				}
                printf("recv from client data [%s]\n", buf);
				ev.data.fd = sockfd;
				ev.events = events[i].events | EPOLLOUT;
				if (epoll_ctl (epfd, EPOLL_CTL_MOD, sockfd, &ev) == -1)
				{
					perror ("epoll_ctl: mod");
				}
			}
			if (events[i].events & EPOLLOUT)
			{
				snprintf (buf, sizeof(buf), "HTTP/1.1 200 OK\r\nContent-Length: %d\r\n\r\nHello World", 11);
				int nwrite, data_size = strlen (buf);
				n = data_size;
				while (n > 0)
				{
					nwrite = write (sockfd, buf + data_size - n, n);
					if (nwrite < n)
					{
						if (nwrite == -1 && errno != EAGAIN)
						{
							perror ("write error");
						}
						break;
					}
					n -= nwrite;
				}
                printf("send to client data [%s]\n", buf);
				close (sockfd);
                events[i].data.fd = -1;
			}
		}
	}
	close (epfd);
	close (listenfd);
	return 0;
}

 相关函数：

int epoll_create

int epoll_create(int size)

创建一个epoll的句柄，size用来告诉内核这个监听的数目一共有多大。这个参数不同于select()中的第一个参数，给出最大监听的fd+1的值。需要注意的是，当创建好epoll句柄后，它就是会占用一个fd值，在linux下如果查看/proc/进程id/fd/，是能够看到这个fd的，所以在使用完epoll后，必须调用close()关闭，否则可能导致fd被耗尽。

自从Linux 2.6.8开始，size参数被忽略，但是依然要大于0。

int epoll_ctl

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

epoll的事件注册函数，它不同与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，第二个参数表示动作，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；

第三个参数是需要监听的fd，第四个参数是告诉内核需要监听什么事，struct epoll_event结构如下：

struct epoll_event {

__uint32_t events; /* Epoll events */

epoll_data_t data; /* User data variable */

};

events可以是以下几个宏的集合：

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。

int epoll_wait

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

等待事件的产生，类似于select()调用。参数events用来从内核得到事件的集合，maxevents表示每次能处理的最大事件数，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，参数timeout是超时时间（毫秒，0会立即返回，-1是永久阻塞）。该函数返回需要处理的事件数目，如返回0表示已超时。

客户端代码：

//compile: g++ -g epoll_client.cpp -o epoll_client
//run: ./epoll_client
//
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
 
using namespace std;
 
#define PORT 5000
 
int main(int argc, char* argv[])
{
    int sockfd, on = 1;
    char buffer[512] = {0};
    struct sockaddr_in servaddr;
    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
 
    if((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0){
        cout << "create socket fail" << endl;
        return -1;
    }
    cout << "succeed to create client socket fd " << sockfd  << endl;
 
    setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on));
    cout << "set socket reuse by etsockopt" << endl;
 
    servaddr.sin_port = htons((short)PORT);
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); //此处更改epoll服务器地址
 
    if(connect(sockfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0){
        cout << "connect error" << endl;
        return -1;
    }
    cout << "succeed to connect epoll server " << endl;
 
    char target[] = "The Author: [email protected]";
    memcpy(buffer, target, strlen(target));
    while(1)
    {
    int wlen = send(sockfd, buffer, strlen(buffer), 0);
    if(wlen <= 0)
        cout << " send data to server fail " << strerror(errno) << endl;
    cout << "send data to server on success, data: [" << buffer << "]"<< endl;
 
    memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
    int rlen = recv(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0);
    if(rlen <= 0)
        cout << " receive data from server fail " << strerror(errno) << endl;
    cout << "receive data from server on success, data: [" << buffer << "]" << endl;
    }
    return 0;
}

Level_triggered(水平触发)：当被监控的文件描述符上有可读写事件发生时，epoll_wait()会通知处理程序去读写。如果这次没有把数据一次性全部读写完(如读写缓冲区太小)，那么下次调用 epoll_wait()时，它还会通知你在上没读写完的文件描述符上继续读写，当然如果你一直不去读写，它会一直通知你！！！如果系统中有大量你不需要读写的就绪文件描述符，而它们每次都会返回，这样会大大降低处理程序检索自己关心的就绪文件描述符的效率！！！

Edge_triggered(边缘触发)：当被监控的文件描述符上有可读写事件发生时，epoll_wait()会通知处理程序去读写。如果这次没有把数据全部读写完(如读写缓冲区太小)，那么下次调用epoll_wait()时，它不会通知你，也就是它只会通知你一次，直到该文件描述符上出现第二次可读写事件才会通知你！！！这种模式比水平触发效率高，系统不会充斥大量你不关心的就绪文件描述符！！！

阻塞IO：当你去读一个阻塞的文件描述符时，如果在该文件描述符上没有数据可读，那么它会一直阻塞(通俗一点就是一直卡在调用函数那里)，直到有数据可读。当你去写一个阻塞的文件描述符时，如果在该文件描述符上没有空间(通常是缓冲区)可写，那么它会一直阻塞，直到有空间可写。以上的读和写我们统一指在某个文件描述符进行的操作，不单单指真正的读数据，写数据，还包括接收连接accept()，发起连接connect()等操作...

非阻塞IO：当你去读写一个非阻塞的文件描述符时，不管可不可以读写，它都会立即返回，返回成功说明读写操作完成了，返回失败会设置相应errno状态码，根据这个errno可以进一步执行其他处理。它不会像阻塞IO那样，卡在那里不动！！！