《TCP/IP网络编程》第17章 优于select的epoll
《TCP/IP网络编程》第17章 优于select的epoll
- epoll
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- select速度慢的原因
- select优点
- epoll相关函数和结构体
- epoll回声服务器端
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- 17.echo_epollserver.c
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- 条件触发和边缘触发
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- 条件触发的事件特性
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- 17.echo_EPLTserver.c
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- 边缘触发服务器必知两点
- 边缘触发服务器
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- 17.echo_EPETserver.c
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- 条件触发与边缘触发优劣
epoll
select速度慢的原因
- select函数遍历所有文件描述符
- 每次都需要向select函数传递监视对象信息
每次循环遍历所有监视对象，找出发生变化的文件描述符。
每次调用select函数时都需要向操作系统传递监视对象信息，实际上select函数是监视套接字变化的函数，而套接字由操作系统管理。
通过“仅向操作系统传递一次监视对象，监视范围或内容发生变化时只通知发生变化的事项。”的方式可以弥补select函数的缺点。
需要操作系统的支持，Linux是epoll，Windows是IOCP。
select优点
- 服务器端接入者少
- 程序具有兼容性（多数操作系统都支持select函数）
epoll相关函数和结构体
epoll从Linux2.5.44内核开始引入。
cat /proc/sys/kernel/osrelease
epoll函数优点：
- 无需循环以监视所有文件描述符的状态变化
- 调用对应select函数的epoll_wait函数时无需每次传递监视对象信息
- epoll_event
epoll_event结构体将发生变化（事件）的文件描述符单独集中在一起。
struct epoll_event {
__uint32_t events;
epoll_data_t data;
}
typedef union epoll_data {
void *ptr;
int fd;
__uint32_t u32;
__uint64_t u64;
}
- epoll_create
epoll方式下，操作系统负责保存监视对象文件描述符，因此需要使用epoll_create向操作系统请求创建保存epoll文件描述符的空间。
#include - epoll_ctl
通过epoll_ctl请求操作系统添加和删除监视对象文件描述符
#include epoll(A, EPOLL_CTL_ADD, B, C);
epoll例程A注册文件描述符B，监视C中事件。
epoll(A, EPOLL_CTL_ADD, B, NULL);
epoll例程A删除文件描述符B。
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epfd，epoll例程文件描述符。
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op用于指定监视对象的添加、删除、更改等操作。
EPOLL_CTL_ADD：注册文件描述符
EPOLL_CTL_DEL：删除文件描述符（事件为NULL）
EPOLL_CTL_MOD：更改文件描述符关注事件 -
event，关注的事件
struct epoll_event event;
event.events=EPOLLIN; //位或运算，多个事件
event.data.fd=sockfd;
epoll(epfd, EPOLL_CTL_ADD, sockfd, &event);
EPOLLIN：需要读取数据
EPOLLOUT：输出缓冲为空，可以立即发送数据
EPOLLPRI：收到OOB数据
EPOLLRDHUP：断开连接或半关闭，边缘触发有用
EPOLLERR：发生错误
EPOLLET：边缘触发得到事件通知
EPOLLONESHOT：发生一次事件后，相应文件描述符不在收到事件通知，需要EPOLL_CTL_MOD再次设置事件
- epoll_wait
类似select，等待文件描述符发生变化
#include int event_cnt;
struct epoll_event *events;
events=malloc(sizeof(struct epoll_event)*EPOLL_SIZE); //EPOLL_SIZE宏常量
event_cnt=epoll_wait(epfd, ep_events, EPOLL_SIZE, -1);
epoll回声服务器端
17.echo_epollserver.c
#include \n" , argv[0]);
exit(1);
}
int serv_sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (serv_sock == -1)
error_handling("socket() error!");
socklen_t addr_size = sizeof(struct sockaddr_in);
struct sockaddr_in serv_addr;
memset(&serv_addr, 0, serv_addr_size);
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
serv_addr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));
if (bind(serv_sock, (struct sockaddr *)&serv_addr, serv_addr_size) == -1)
error_handling("bind() error!");
if (listen(serv_sock, 5) == -1)
error_handling("listen() error!");
int epfd = epoll_create(EPOLL_SIZE);
struct epoll_event *ep_events = (struct epoll_event *)malloc(sizeof(struct epoll_event) * EPOLL_SIZE);
struct epoll_event event;
event.events = EPOLLIN; // 读取事件
eventdata.fd = serv_sock;
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, serv_sock, &event);
while (1)
{
int event_cnt = epoll_wait(epfd, ep_events, EPOLL_SIZE, -1);
if (event_cnt == -1)
{
puts("epoll_wait() error!");
break;
}
for (int i = 0; i < event_cnt; i++)
{
if (ep_events[i].data.fd == serv_sock)
{
struct sockaddr_in clnt_addr;
int clnt_sock = accept(serv_sock, (struct sockaddr *)&clnt_addr, &addr_size);
event.events = EPOLLIN; // 读取事件
eventdata.fd = clnt_sock;
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, clnt_sock, &event);
printf("connected client: %d\n", clnt_sock);
}
else
{
char buf[BUF_SIZE];
int str_len = read(ep_events[i].data.fd, buf, BUF_SIZE);
if (str_len == 0)
{
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, ep_events[i].data.fd, NULL);
close(ep_events[i].data.fd);
printf("closed client: %d\n", ep_events[i].data.fd);
}
else
{
write(ep_events[i].data.fd, buf, str_len);
}
}
}
}
// free(ep_events);
close(epfd);
close(serv_sock);
return 0;
}
// gcc 17.echo_epollserver.c -o 17.echo_epollserver && ./17.echo_epollserver 9190
条件触发和边缘触发
条件触发（Level Trigger）和边缘触发（Edge Trigger）的区别在于发生事件的时间点。
条件触发特性，条件触发方式中，只要输入缓冲有数据就会一直通知该事件，多次注册事件。
边缘触发中输入缓冲收到数据时仅注册1次该事件（触发后失效）。
条件触发，满足条件就触发（比如输入缓冲有数据）。
边缘触发，状态变化才触发（比如无缓冲状态变为有缓冲状态）。
条件触发的事件特性
epoll默认以条件触发方式工作。
17.echo_EPLTserver.c
#include 多次输出return epoll_wait
将
clnt_sock = accept(serv_sock, (struct sockaddr*)&clnt_addr, &addr_size);
后面
event.events=EPOLLIN;
修改为
event.events=EPOLLIN|EPOLLET;
仅输出一次return epoll_wait
select以条件触发方式工作。
边缘触发服务器必知两点
- errno变量验证错误原因
- 套接字特性设为非阻塞（Non-blocking）I/O
read函数发现缓冲中无数据可读时返回-1，同时在errno中保存EAGAIN常量。
#include //获取之前设置的属性信息
int flag = fcntl(fd, F_GETFL, 0);//获取文件描述符属性
//添加非阻塞O_NONBLOCK标志
fcntl(fd, F_SETFL, flag|O_NONBLOCK);//设置文件描述符属性
边缘触发服务器
边缘触发方式中，仅注册一次事件。
一旦发生输入事件，就应该读取输入缓冲中全部数据。
read返回-1，同时在errno值为EAGAIN，说明无数据可读。
边缘触发方式中，阻塞方式工作的read&write函数可能引起服务器端的长时间停顿，边缘触发方式中一定要采用非阻塞read&write函数。
17.echo_EPETserver.c
#include 条件触发与边缘触发优劣
边缘触发相对于条件触发的优点：可以分离接收数据和处理数据的时间点。
从实现模型的角度看，边缘触发更有可能带来高性能，但不能简单地认为只要使用边缘触发就一定能提高速度。