epoll实现 IO复用

1、epoll实现 IO复用

epoll的提出--》它所支持的文件描述符上限是系统可以最大打开的文件的数目；eg：1GB机器上，这个上限10万个左右。 每个fd上面有callback(回调函数)函数，只有活跃的fd才有主动调用callback，不需要轮询。 注意： Epoll处理高并发，百万级，不关心底层怎样实现，只需要会调用就可以。

函数接口

#include <sys/epoll.h>
int epoll_create(int size); 
功能：创建红黑树根节点
 参数：size：不作为实际意义值 >0 即可
返回值：成功时返回epoll文件描述符，失败时返回-1。

int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
功能：控制epoll属性
    epfd:epoll_create函数的返回句柄。7、】=
    op:表示动作类型。有三个宏 来表示：
            EPOLL_CTL_ADD：注册新的fd到epfd中
            EPOLL_CTL_MOD：修改已注册fd的监听事件
            EPOLL_CTL_DEL：从epfd中删除一个fd
    Fd:需要监听的fd。
            event:告诉内核需要监听什么事件
            EPOLLIN:表示对应文件描述符可读
            EPOLLOUT:可写
            EPOLLPRI：有紧急数据可读；
            EPOLLERR：错误；
            EPOLLHUP：被挂断；
            EPOLLET：触发方式，边缘触发；(默认使用边缘触发)
             ET模式：表示状态的变化；
返回值：成功时返回0，失败时返回-1

typedef union epoll_data 
{
      void* ptr;(无效)
      int fd;
      uint32_t u32;
      uint64_t u64;
} epoll_data_t;
struct epoll_event 
{
    uint32_t events； / * Epoll事件* /
    epoll_data_t data； / *用户数据变量* /
};
//等待事件到来
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
功能：等待事件的产生，类似于select的用法
     epfd:句柄；
     events：用来保存从内核得到事件的集合；
     maxevents:表示每次能处理事件最大个数；
     timeout：超时时间，毫秒，0立即返回，-1阻塞
成功时返回发生事件的文件描述个数，失败时返回-1

select,poll都属于 同步IO机制(轮询)

epoll属于异步IO机制(不轮询): 

epoll的提出--》它所支持的文件描述符上限是系统可以最大打开的文件的数目；

                       eg：1GB机器上，这个上限10万个左右。

每个fd上面有callback(回调函数)函数，只有产生事件的fd才有主动调用callback，不需要轮询。

注意：

  Epoll处理高并发，百万级

1. 红黑树： 是特殊的二叉树(每个节点带有属性)，Epoll怎样能监听很多个呢？首先创建树的根节点，每个节点都是一个fd以结构体的形式存储（节点里面包含了一些属性，callback函数）
2. 就绪链表： 当某一个文件描述符产生事件后，会自动调用callback函数，通过回调callback函数来找到链表对应的事件（读时间还是写事件)。

2、epoll特点

1. 监听的最大的文件描述符没有个数限制（取决与你自己的系统 1GB - 10万个左右）
2. 异步I/O，epoll当有事件产生被唤醒之后，文件描述符主动调用callback(回调函数)函数直接拿到唤醒的文件描述符，不需要轮询，效率高

3.epoll不需要重新构造文件描述符表，只需要从用户空间向内核空间拷贝一次数据即可.

3、epoll的流程: 

Epoll的使用:

1.创建红黑树 和 就绪链表         

2.添加文件描述符和事件信息到树上

3.阻塞等待事件的产生，一旦产生事件，则进行处理

4.根据链中准备处理的文件描述符 进行处理

epoll 要使用一组函数:  epoll_create 创建红黑树 和 就序列表

                                      epoll_ctl   添加文件描述符和事件到树上 / 从树上删除

                                     epoll_wait  等待事件产生

1）epoll_create 创建红黑树以及链表

头文件:#include <sys/epoll.h>
声明:int epoll_create(int size); 
功能：创建红黑树根节点(创建epoll实例) , 同时也会创建就绪链表
返回值：成功时返回一个实例(二叉树句柄)，失败时返回-1。

2）epoll_ctl 控制epoll属性

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

功能：控制epoll属性,比如给红黑树添加节点

参数: 1. epfd:   epoll_create函数的返回句柄。//一个标识符
     2. op:表示动作类型,有三个宏:			        
                EPOLL_CTL_ADD：注册新的fd到epfd中
			      EPOLL_CTL_MOD：修改已注册fd的监听事件
			      EPOLL_CTL_DEL：从epfd中删除一个fd
     3. 要操作的文件描述符
     4. 结构体信息: 
 typedef union epoll_data 
{
     int fd;      //要添加的文件描述符
     uint32_t u32;  typedef unsigned int
     uint64_t u64;   typedef unsigned long int
} epoll_data_t;

struct epoll_event 
{
   uint32_t events； 事件
   epoll_data_t data； //共用体(看上面)
};

	  关于events事件:
			 EPOLLIN:  表示对应文件描述符可读
		    EPOLLOUT: 可写
			 EPOLLPRI：有紧急数据可读；
		    EPOLLERR：错误；
		    EPOLLHUP：被挂断；
			 EPOLLET：触发方式，边缘触发；(默认使用边缘触发)
			 ET模式：表示状态的变化；
           NULL: 删除一个文件描述符使用,无事件
           
返回值：成功:0， 失败:-1

3）epoll_wait等待事件产生

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

功能：等待事件产生
   内核会查找红黑树中有事件响应的文件描述符, 并将结构体放入就绪链表
    就绪链表中的内容, 执行epoll_wait会同时复制到第二个参数events

参数: 	epfd:句柄；
		events：用来保存从就绪链表中响应事件的集合；
		maxevents:  表示每次在链表中拿取响应事件的个数；
		timeout：超时时间，毫秒，0立即返回  ，-1阻塞	

返回值: 成功: 实际从链表中拿出的数目     失败时返回-1

练习epoll实现服务器端

#include 
#include  /* See NOTES */
#include 
#include 
#include  /* superset of previous */
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
int main(int argc, char const *argv[])
{
    if (argc < 2)
    {
        printf("plase input \n");
        return -1;
    }
    //1.创建套接字,用于链接
    int sockfd;
    int acceptfd;
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd < 0)
    {
        perror("socket err");
        return -1;
    }
    printf("sockfd:%d\n", sockfd);
    //2.绑定 ip+port 填充结构体
    struct sockaddr_in saddr;
    saddr.sin_family = AF_INET;                   //协议族ipv4
    saddr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));        //端口号,htons将无符号短整数hostshort从主机字节顺序到网络字节顺序。
    saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("0.0.0.0"); //ip地址,转化为16进制表示
    socklen_t len = sizeof(saddr);                //结构体大小
    //bind绑定ip和端口
    if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&saddr, len) < 0)
    {
        perror("bind err");
        return -1;
    }
    printf("bind success\n");
    //3.启动监听,把主动套接子变为被动套接字
    if (listen(sockfd, 1) < 0)
    {
        perror("listen err");
        return -1;
    }
    printf("listen success\n");
   
    
    //引入epoll
    //创建结构体变量
    struct epoll_event event;
    struct epoll_event revents[32];//存放epoll_wait拿取的内容
    //1.创建树
    int epfd=epoll_create(1);
    // if (epfd = epoll_creat(1) < 0)
    // {
    //     perror(" creat err");
    //     return -1;
    // }
    //2.将关心的文件描述符添加到树上
    //标准输入上树
    event.events = EPOLLIN | EPOLLET;
    event.data.fd = 0;
    epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, 0, &event);
    //套接字上树
    event.data.fd = sockfd;
    epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, sockfd, &event);

    char buf[64] = {0};//字符数组
    //3.在链表中取事件

    while (1)
    {
        //3.阻塞 等待文件描述符产生事件
        int ret = epoll_wait(epfd, revents, 10, -1);
        if (ret < 0)
        {
            perror(" epoll_wait err");
            return -1;
        }
        //4.根据文件描述符 进行处理
        for (int i = 0; i < ret; i++)
        {
            if (revents[i].data.fd == 0)
            {
                //5.执行操作
                fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
                if (buf[strlen(buf)] == '\0') //去掉fgets补的'\n'
                {
                    buf[strlen(buf) - 1] = '\0';
                }
                    send(event.data.fd, buf, sizeof(buf), 0); //发送

            }
            else if (revents[i].data.fd == sockfd)
            {
                int acceptfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&saddr, &len);
                if (acceptfd < 0)
                {
                    perror("accept is err:");
                    return -1;
                }
                printf("fd: %d ip: %s   port: %d is connect\n",acceptfd, inet_ntoa(saddr.sin_addr), ntohs(saddr.sin_port));

                event.data.fd = acceptfd;//新的acceptfd上树
                event.events = EPOLLIN | EPOLLET;
                epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, acceptfd, &event);
            }
            else
            {
                int recvbyte = recv(revents[i].data.fd, buf, sizeof(buf), 0);
                if (recvbyte < 0)
                {
                    perror("recv is err:");
                    return -1;
                }
                else if (recvbyte == 0)
                {
                    printf("client is exit\n");
                    close(revents[i].data.fd);
                    epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, revents[i].data.fd, NULL);
                }
                else
                {
                    printf("%d : %s\n", revents[i].data.fd, buf);
                }
            }
        }
    }
    close(sockfd);
    close(acceptfd);
    return 0;
}