C/S架构学习之使用epoll实现TCP特大型并发服务器

• epoll实现TCP特大型并发服务器的流程：
• 一、创建套接字（socket函数）：
• 通信域选择IPV4网络协议、套接字类型选择流式；

	int sock_fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); //通信域选择IPV4、套接字类型选择流式

• 二、填充服务器和客户机的网络信息结构体：
• 1.分别定义服务器网络信息结构体变量serveraddr和客户机网络信息结构体变量clientaddr；
• 2.分别求出服务器和客户机的网络信息结构体变量的内存空间大小，以作备用；
• 3.网络信息结构体清0；
• 4.使用IPV4网络协议AF_INET；
• 5.在终端预留服务器端主机的IP地址：inet_addr(argv[1])；
• 6.在终端预留服务器端网络字节序的端口号：htons(atoi(argv[2]))；

	struct sockaddr_in serveraddr; //定义服务器网络信息结构体变量
	struct sockaddr_in clientaddr;
    socklen_t serveraddr_len = sizeof(serveraddr);//求出服务器结构体变量的内存空间大小
    socklen_t clientaddr_len = sizeof(clientaddr);//求出客户机结构体变量的内存空间大小

    memset(&serveraddr,0,serveraddr_len); //服务器结构体清零
    memset(&clientaddr,0,clientaddr_len);//客户机结构体清零

    serveraddr.sin_family = AF_INET;  //使用IPV4网络协议
    serveraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);  //IP地址
    serveraddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));//网络字节序的端口号

• 三、设置允许端口复用（setsockopt函数）：
• setsockopt函数：
• 功能：设置套接字属性；

	#include 
	#include 

	int setsockopt(int sockfd, int level, int optname,
	const void *optval, socklen_t optlen);	
	/*
	参数：
	
		sockfd：套接字
		level：	选项的级别
	
			套接字API级别		SOL_SOCKET
	
			TCP级别			IPPROTO_TCP
	
			IP级别			IPPROTO_IP
	
		optname：选项的名字
	
			套接字API级别
	
				SO_BROADCAST	是否允许发送广播
	
				SO_RCVBUF		接收缓冲区的大小
	
				SO_SNDBUF		发送缓冲区的大小
	
				SO_RCVTIMEO		接收超时时间
					参数使用的是 struct timeval 结构体
					如果超时了 函数调用会立即返回-1
					并将错误码置成 EAGAIN
	
				SO_SNDTIMEO			发送超时时间
	
				SO_REUSEADDR		端口复用
	
			TCP级别
	
				TCP_NODELAY		使能/禁用Nagle算法
	
			IP级别
	
				IP_ADD_MEMBERSHIP	设置加入多播组
	
		optval：	选项的值
	
			没有特殊说明时 使用的都是int类型
	
		optlen：optval的大小
	
	返回值：
	
		成功 	0
	
		失败 	-1 	重置错误码
	*/

• 特别注意：
• 使用setsockopt设置允许端口复用时，其在代码的位置在填充网络信息结构体和bind之间；

	int reuse = 1;
    if(-1 == (setsockopt(sock_fd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&reuse,sizeof(reuse))))
    {
        perror("setsockopt error");
        exit(-1);
    }

• 四、套接字和服务器的网络信息结构体进行绑定（bind函数）：

	int ret = bind(sock_fd,(struct sockaddr *)&serveraddr,serveraddr_len);

• 五、套接字设置成被动监听（listen函数）：

	int ret1 = listen(sock_fd, 5);

• 六、创建红黑树（epoll_create函数）：

	#include 
	int epoll_create(int size);
	/*
	功能：
		
		创建epoll/创建epoll实例的描述符
	
	参数：
	
	    size:参数已经被忽略了，只需要填写大于0的值即可
	
	返回值：

        epoll_create 调用成功时会返回一个非负整数epfd，
    
        表示新创建的 epoll 实例的文件描述符，
    
        如果调用失败则返回 -1，并设置 errno 变量以指示具体错误原因
     */

	int epfd = epoll_create(1);
    if(-1 == epfd)
    {
        perror("epoll_create error");
        exit(-1);

    }

• 七、定义事件结构体变量和存放就绪事件描述符的数组：
• 事件结构体：epoll_event用于描述一个文件描述符上的事件；

			typedef union epoll_data {
               void        *ptr;
               int          fd;  
               uint32_t     u32;
               uint64_t     u64;
           } epoll_data_t;   
           struct epoll_event {
               uint32_t     events;      //EPOLLIN 读 / EPOLLOUT 写
               epoll_data_t data;        //存放用户的数据
           };    

    struct epoll_event event;
    struct epoll_event events[N];

• 八、将关心的文件描述符加入到红黑树（epoll_ctl函数）：
• 功能：epoll的控制操作或者用于向 epoll 实例中添加、修改、删除事件；
• epoll_ctl函数：

	int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
	/*
	参数：
	         epfd:epoll的文件描述符
	
	         op:控制方式
	
	            EPOLL_CTL_ADD：添加
	
	            EPOLL_CTL_MOD：修改
	
	            EPOLL_CTL_DEL：删除
	
	         fd:被操作的文件描述符
	
	         event:（事件）结构体指针
	          
	
	返回值：    
				成功返回0，
	
	            失败返回-1 置位错误码
	 */

	//添加要检测事件的描述符
    event.events = EPOLLIN;

    event.data.fd = sock_fd;

    //将关心的文件描述符加入到红黑树
    if(-1 == (epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,sock_fd,&event)))
    {
        perror("epoll_ctl error");
        exit(-1);

    }

• 九、等待文件描述符中的事件是否就绪，成功则返回就绪的文件描述符的个数（epoll_wait函数）：
• epoll_wait函数：

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

		    epfd:epoll的文件描述符
		
		    events:准备好的事件的结构体地址
		
		    maxevents:返回的最大的文件描述符的个数
		
		    timeout:超时
		
		        >0 :毫秒级别的超时时间
		
		        =0 :立即返回
		
		        =-1:不关心超时时间
	返回值：
	
		     成功返回准备好的文件描述符的个数
		
		     返回0代表超时时间到了
		
		     失败返回-1置位错误码
	*/

		if(-1 == (ret = epoll_wait(epfd,events,N,-1)))
        {
            perror("epoll_wait error");
            exit(-1);
        }	

• 十、遍历就绪的文件描述符集，判断哪些文件描述符已经准备就绪：

		for(int i = 0; i < ret; ++i)
        {
        	...
        }

• 十一、找到实际就绪的事件的文件描述符，并且接收来自客户端的数据（recv函数）和给客户端发送应答消息（send函数）：

			if(events[i].data.fd == sock_fd)
            {
                //获取连接成功后新的客户端
                new_fd = accept(sock_fd,(struct sockaddr *)&clientaddr,&clientaddr_len);
                if(-1 == new_fd)
                {
                    perror("accept error");
                    exit(-1);
                }
                printf("文件描述符[%d]客户端[%s:%d]连接到了服务器\n",new_fd,inet_ntoa(clientaddr.sin_addr),ntohs(clientaddr.sin_port));
                //添加要检测的文件描述符
                event.events = EPOLLIN;
                event.data.fd = new_fd;
                if(-1 == (epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,new_fd,&event)))
                {
                    perror("epoll_ctl error");
                    exit(-1);

                }
                printf("文件描述符[%d]成功挂载在红黑树上\n",new_fd);
            }
            else
            {
                memset(buf,0,sizeof(buf));
                int old_fd = events[i].data.fd;
                if(-1 == (nbytes = recv(old_fd,buf,sizeof(buf),0)))
                {
                    perror("recv error");
                    exit(-1);
                }
                else if(0 == nbytes)
                {
                    printf("文件描述符[%d]客户端断开了服务器\n",old_fd);

                    //关闭对应的文件描述符
                    close(old_fd);
                    //剔除挂在树上对应的文件描述符
                    epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_DEL,old_fd,&event);

                }
                if(!strncmp(buf,"quit",4))
                {
                    printf("文件描述符[%d]客户端退出了服务器\n",old_fd);
                    //关闭对应的文件描述符
                    close(old_fd);
                    //剔除挂在树上对应的文件描述符
                    epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_DEL,old_fd,&event);
                }
                printf("文件描述符[%d]客户端发来数据[%s]\n",old_fd,buf);

                //组装应答消息
                strcat(buf,"-----k");

                //给客户端发送应答消息
                send(old_fd,buf,sizeof(buf),0); 

• 十二、关闭套接字（close函数）：

	close(sock_fd);