epoll实现并发服务器
1、epoll是什么
epoll 是 Linux 上一种高性能的多路复用机制，用于监视大量文件描述符并在它们就绪时通知应用程 序。它是在 select 和 poll 的基础上进一步优化和改进而来的。
2、epoll的特点
1.没有文件描述符数量限制：
与 select 和 poll 不同，epoll 采用了基于事件的就绪通知机制， 没有预定义的文件描述符数量限制，可以支持更大规模的并发连接。
2.高效的事件通知：
epoll 使用了内核和用户空间共享的事件数据结构，将文件描述符的事件注册到内 核空间，当事件就绪时，内核直接将就绪的事件通知给用户空间，避免了每次调用都需要遍历整个文件 描述符数组的性能开销。
3.分离的就绪事件集合：
epoll 将就绪的事件从内核空间复制到用户空间，形成一个分离的就绪事件集 合，用户可以直接遍历这个集合来处理就绪的事件，而不需要遍历整个文件描述符数组。
4.支持边缘触发和水平触发：
epoll 提供了两种模式来处理事件，一种是边缘触发模式 （EPOLLET），只在状态发生变化时通知应用程序，另一种是水平触发模式（默认），在事件就绪期间一直通知应用程序。
5.更低的内存拷贝开销：
epoll 使用内存映射技术，避免了每次调用都需要将事件数据从内核复制到用 户空间的开销，从而减少了系统调用的次数和内存拷贝的开销。
6.支持较高精度的超时控制：
与 poll 不同，epoll 的超时参数以毫秒和纳秒为单位，提供了较高精 度的超时控制。
总体来说：epoll 在性能上相比于 select 和 poll 有较大的优势，特别适用于高并发场景下的网 络编程。它的高效事件就绪通知、支持大规模并发连接、较低的内存拷贝开销以及较高的超时精度，使 得它成为开发高性能服务器和网络应用的首选机制。
3、epoll实现高并发原理
在Linux内核中，epoll使用红黑树作为其主要的数据结构，用于维护注册的文件描述符集合。红黑树是 一种自平衡的二叉搜索树，具有较快的插入、删除和搜索操作的时间复杂度。通过使用红黑树，epoll能 够高效地检索和管理大量的文件描述符。
当文件描述符发生事件时，epoll通过红黑树的查找操作快速定位到相应的结点，并触发注册的回调函数 进行事件处理。使用红黑树的原因是它能够保持良好的平衡性，保证搜索、插入和删除操作的最坏情况时间复杂度为O（log n），从而保证了epoll的高性能和可伸缩性。
总结来说，epoll是利用红黑树作为其底层数据结构实现的，这使得它在处理大量并发连接时能够提供高 效的事件通知机制。
4、epoll相关函数
1、epoll_create
（1）epoll_create函数原型：
int epoll_create(int size);
功能：epoll_create 函数创建一个 epoll 实例，并返回一个文件描述符，用于标识该 epoll 实
例。
2、epoll_ctl
（2）epoll_ctl函数原型：
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
功能：操作epoll实例
3、epoll_wait
（3）epoll_wait()函数原型：
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);
功能：等待epoll 文件描述符的IO事件
5、epoll实现并发服务器的步骤
当使用epoll实现并发服务器时，通常的步骤包括以下几个主要环节：
1.创建socket：使用socket函数创建一个监听套接字，用于接受客户端的连接请求。
2.绑定socket：使用bind函数将监听套接字绑定到一个特定的IP地址和端口。
3.监听连接：使用listen函数开始监听连接请求，指定服务器可接受的最大连接数。
4.创建epoll实例：使用epoll_create函数创建一个epoll实例，返回一个文件描述符。
5.将监听套接字添加到epoll实例：使用epoll_ctl函数将监听套接字添加到epoll实例中，并注册对 读事件的关注（默认为水平触发）。
6.进入事件循环：循环调用epoll_wait函数来等待事件的发生，该函数会阻塞当前进程直至有事件发 生。一旦有事件发生，它将返回一个就绪事件的列表。
7.处理就绪事件：遍历就绪事件列表，对每个事件进行处理。根据事件类型，可以进行接受连接、读取 数据、发送数据或关闭连接等操作。
8.根据需要添加或删除文件描述符：在处理完一个事件后，可以根据需要使用epoll_ctl函数动态地添 加或删除文件描述符，以便继续监听其他事件。
9.重复步骤6-8：继续循环执行步骤6-8，处理新的就绪事件，直到服务器主动关闭或出现错误条件为 止。
6、使用epoll实现并发服务器的代码
1、net.h
#ifndef _NET_H_
#define _NET_H_
//定义枚举，表示返回值
enum VALUE_RET
{
QUIT = -9,
SOCK_ERROR = -8,
BIND_ERROR,
LISTEN_ERROR,
ACCEPT_ERROR,
SEND_ERROR,
RECV_ERROR,
CONNECT_ERROR,
ERROR,
OK
};
//添加所需的头文件以及函数声明
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int server_initial_func(const char *IP, const char *Port);
int client_initial_func(const char *IP, const char *Port);
int server_com_func(int newfd);
void parseString_func(char *buf, char **result);
#endif
2、client.c
#include "./net.h"
int client_initial_func(const char *IP, const char *Port)
{
//创建套接字
int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(sockfd < 0)
{
perror("socket error");
return SOCK_ERROR;
}
printf("socket ok!\n");
//定义地址信息结构，存储服务器的IP地址和端口号
struct sockaddr_in serverAddr;
//清空
memset(&serverAddr, '\0', sizeof(serverAddr));
//赋值
serverAddr.sin_family = AF_INET;
serverAddr.sin_port = htons((short)atoi(Port));
serverAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP);
//发起连接请求
int ret = connect(sockfd, (struct sockaddr *)&serverAddr, sizeof(serverAddr));
if(ret < 0)
{
perror("connect error");
return CONNECT_ERROR;
}
printf("connect ok!\n");
return sockfd;
}
int client_com_func(int sockfd)
{
int send_count = 0, recv_count = 0;
int wr_count = 0, rd_count = 0;
//请求客户端，完成业务办理
char func[20] = {0};
char data[20] = {0};
char buf[1024] = {0};
char Data[1024] = {0};
printf("请输入办理的业务和数据:");
scanf("%s%*c", func);
scanf("%s", data);
//将func和data写入到buf中，发送给服务器
sprintf(buf, "%s#%s",func, data);
send_count = send(sockfd, buf, strlen(buf), 0);
if(send_count < 0)
{
perror("send func+data to server error");
return ERROR;
}
printf("send func+data to server ok!\n");
//挑选业务执行的空间
if(0 == strncasecmp("download", func, 8))
{
//下载
recv_count = recv(sockfd, Data, sizeof(Data), 0);
if(recv_count < 0){
perror("recv error");
return ERROR;
}
//解析Data
char *result[4] = {NULL};
parseString_func(Data, result);
printf("服务器回应:业务编号%s 业务数据%s\n",result[0], result[1]);
if(0 == strncasecmp("FILESIZE", result[0], 8))
{
//可以接收result[1]作为所需下载资源的大小
long filesize = atol(result[1]);
printf("服务器发送的资源大小为:%ld个字节!\n",filesize);
//只写方式打开下载的文件
int fw = open(data, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0664);
if(fw < 0){
perror("open error");
return ERROR;
}
printf("open_write %s ok!\n",data);
char Message[512] = {0};
while(1)
{
//判断可读字节数是否为0
if(0 == filesize)
{
printf("下载成功!\n");
break;
}
memset(Message, 0, sizeof(Message));
//接收
recv_count = recv(sockfd, Message, sizeof(Message), 0);
if(recv_count < 0){
perror("recv error");
return ERROR;
}
else{
printf("成功接收服务器发送%d个字节,即将写入...\n", recv_count);
//写入
wr_count = write(fw, Message, recv_count);
if(wr_count < 0)
{
perror("write error");
return ERROR;
}
else if(0 == wr_count){
printf("nothing was be written...\n");
return ERROR;
}
else{
printf("本次写入到文件成功，共计写入%d个字节!\n",wr_count);
}
//更新filesize的可读字节数
filesize -= wr_count;
printf("剩余%ld个字节未被读取...\n", filesize);
}
printf("**************************************\n");
}
}
}
return OK;
}
//void parseString_func(char buf[], char *result[]);
void parseString_func(char *buf, char **result)//download#1.txt
{
//将buf的首地址存储在result[0]
int index = 0;
result[index++] = buf;
while(*buf)
{
//判断*buf是否为'#'
if('#' == *buf)
{
*buf = '\0';
buf++;
result[index++] = buf;
}
else
{
buf++;
}
}
return;
}
int main(int argc, const char *argv[])
{
//搭建TCP客户端
//客户端端初始化
int sockfd = client_initial_func(argv[1], argv[2]);
if(sockfd < 0)
{
return ERROR;
}
printf("server_initial success!\n");
//通信
while(1)
{
if(client_com_func(sockfd) < 0)
{
break;
}
}
//关闭套接字
close(sockfd);
return 0;
}
3、server.c
#include "./net.h"
int server_initial_func(const char *IP, const char *Port)
{
//创建套接字
int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(sockfd < 0)
{
perror("socket error");
return SOCK_ERROR;
}
printf("socket ok!\n");
//定义地址信息结构，存储服务器的IP地址和端口号
struct sockaddr_in serverAddr;
//清空
memset(&serverAddr, '\0', sizeof(serverAddr));
//赋值
serverAddr.sin_family = AF_INET;
serverAddr.sin_port = htons((short)atoi(Port));
serverAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP);
//绑定IP地址和端口
if(bind(sockfd, (struct sockaddr *)&serverAddr, sizeof(serverAddr)) < 0)
{
perror("bind error");
return BIND_ERROR;
}
printf("bind IP+Port ok!\n");
//创建监听队列
if(listen(sockfd, 5) < 0)
{
perror("listen error");
return LISTEN_ERROR;
}
printf("listening......\n");
return sockfd;
}
int server_com_func(int newfd)
{
//处理客户端的业务
char buf[1024] = {0};
char Data[1024] = {0};
int send_count = 0, recv_count = 0;
int wr_count = 0, rd_count = 0;
int ret = recv(newfd, buf, sizeof(buf), 0);
if(ret < 0){
perror("recv function+data error");
return ERROR;
}
printf("客户端业务+数据:%s\n",buf);
//解析buf，拿到业务编号以及数据
char *result[4] = {NULL};
parseString_func(buf, result);
//解析结果呈现
printf("业务：%s\t业务数据:%s\n", result[0],result[1]);
//根据业务进入不同操作空间
if(0 == strncasecmp("logon", result[0], 5))
{
//登陆
printf("登陆中...\n");
}
else if(0 == strncasecmp("register", result[0], 8))
{
//注册
printf("注册中...\n");
}
else if(0 == strncasecmp("download", result[0], 8))
{
//上传
//获取客户端指定下载文件的大小
struct stat MyStat;
long filesize = 0;
if(lstat(result[1], &MyStat) < 0)
{
perror("lstat error");
return ERROR;
}
printf("测试%s文件属性OK!\n", result[1]);
//获取大小，赋值给filesize
filesize = MyStat.st_size;
printf("成功获取的文件%s大小为:%ld个字节\n", \
result[1], filesize);
//将filesize发送给客户端（带上业务编号:FILESIZE）
memset(Data, '\0', sizeof(Data));
sprintf(Data, "FILESIZE#%ld", filesize);
//发送Data的内容(发送有效字符个数-->15个)
send_count = send(newfd, Data, strlen(Data), 0);
//send_count = send(newfd, Data, sizeof(Data), 0);
if(send_count < 0)
{
perror("send filesize to client error");
return ERROR;
}
printf("send filesize to client success!\n");
//延时1秒
sleep(1);
//只读打开result[1]
int fr = open(result[1], O_RDONLY);
if(fr < 0){
perror("open_read error");
return ERROR;
}
printf("open_read ok!\n");
//循环，边读边发
char Message[512] = {0};
while(1)
{
memset(Message, 0,sizeof(Message));
//读取
rd_count = read(fr, Message, sizeof(Message));
if(rd_count < 0){
perror("read error");
return ERROR;
}
else if(0 == rd_count){
//读取到文件末尾
printf("上传成功!\n");
break;
}
else{
printf("本次读取成功，共计读取%d个字节!\n",rd_count);
//发送读取的字节内容给客户端
send_count = send(newfd, Message, rd_count, 0);
if(send_count < 0)
{
perror("send data to client error");
return ERROR;
}
printf("send ok! 共计发送%d个字节!\n",send_count);
}
printf("*************************************\n");
}
}
else
{
printf("业务无法响应~\n");
return ERROR;
}
return OK;
}
//void parseString_func(char buf[], char *result[]);
void parseString_func(char *buf, char **result)//download#1.txt
{
//将buf的首地址存储在result[0]
int index = 0;
result[index++] = buf;
while(*buf)
{
//判断*buf是否为'#'
if('#' == *buf)
{
*buf = '\0';
buf++;
result[index++] = buf;
}
else
{
buf++;
}
}
return;
}
int main(int argc, const char *argv[])
{
//搭建TCP服务器
//服务器端初始化
int listenfd = server_initial_func(argv[1], argv[2]);
if(listenfd < 0)
{
return ERROR;
}
printf("server_initial success!\n");
//epoll实现并发服务器
int epfd = epoll_create(12);
if(-1 == epfd)
{
perror("epoll_create error");
return -1;
}
printf("epoll_create ok!\n");
//5、将监听套接字加入到epoll实例中（注册在红黑树中）
//定义epoll事件结构体变量
struct epoll_event event;
//赋值
event.events = EPOLLIN;//EPOLLIN表示对于其可读事件感兴趣 默认为水平触发
event.data.fd = listenfd;
if(epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, listenfd, &event) == -1)
{
perror("add listenfd error");
return -1;
}
printf("add lisenfd ok!");
//6、进入事件循环
//定义数组，存储就绪的所有描述符
struct epoll_event events[MAXEVENTS];
//定义保存连接成功的新的客户端的地址信息
struct sockaddr_in newClientAddr;
memset(&newClientAddr, 0, sizeof(newClientAddr));
int len_NewClient = sizeof(newClientAddr);
int newfd;//存储每一连接成功的客户端对应的套接字
while(1)
{
//等待就绪事件发生
int numEventsReady = epoll_wait(epfd, events, MAXEVENTS, -1);//-1代表阻塞等待
if(-1 == numEventsReady)
{
perror("epoll_wait error");
return -1;
}
printf("有事件就绪，准备处理...\n");
//根据返回值numEventsReady去遍历数组events
int i;
for(i=0; i恁可以在Linux下建立一个epoll文件，再创建两个子文件。一个为server文件夹，存放server.c和net.h；另一个为client文件夹，存放client.c和net.h。
在server文件夹下，gcc server.c -o s，生成可执行文件s，再运行：./s 127.0.0.1 6666
127.0.0.1为ip 6666可以在1024~49151里随意选择。
在client文件夹下，gcc client.c -o c，生成可执行文件c，再运行：./c 127.0.0.1 6666
127.0.0.1为ip 6666可以在1024~49151里随意选择。
可以运行多个客户端，实现并发服务器。上面代码实现了文件的下载！
在客户端中使用download 文件名，下载server文件夹内已有的文件。
如图
