c++ 网络编程（八）TCP/IP LINUX-epoll/windows-IOCP下 socket opoll函数用法 优于select方法的epoll 以及windows下IOCP 解决多

-  基于select的I/O复用技术速度慢的原因：  1，调用select函数后常见的针对所有文件描述符的循环语句。它每次事件发生需要遍历所有文件描述符，找出发生变化的文件描述符。(以前写的示例没加循环)
 2，每次调用select函数时都需要向该函数传递监视对象信息。即每次调用select函数时向操作系统传递监视对象信息，至于为什么要传？是因为我们监视的套接字变化的函数，而套接字是操作系统管理的。(这个才是最耗效率的)
 注释：基于这样的原因并不是说select就没用了，在这样的情况下就适合选用select：1，服务端接入者少   2，程序应具有兼容性。
 

-  epoll是怎么优化select问题的：  1，每次发生事件它不需要循环遍历所有文件描述符，它把发生变化的文件描述符单独集中到了一起。
 2，仅向操作系统传递1次监视对象信息，监视范围或内容发生变化时只通知发生变化的事项。
 

-  实现epoll时必要的函数和结构体  函数： 
   epoll_create：创建保存epoll文件描述符的空间，该函数也会返回文件描述符，所以终止时，也要调用close函数。(创建内存空间)
 epoll_ctl：向空间注册，添加或修改文件描述符。(注册监听事件)
 epoll_wait：与select函数类似，等待文件描述符发生变化。(监听事件回调)
 结构体： 
   struct epoll_event 
   { 
   __uint32_t events; 
    epoll_data_t data; 
   }
 typedef union epoll_data 
   { 
   void *ptr; 
   int fd; 
   __uinit32_t u32; 
   __uint64_t u64; 
   } epoll_data_t;
 

/**  
 * @brief    该函数生成一个epoll专用的文件描述符。它其实是在内核申请一空间，用来存放你想关注的socket fd上是否发生以及发生了什么事件。 
 *  
 * @param    size    size就是你在这个epoll fd上能关注的最大socket fd数 
 *  
 * @return   生成的文件描述符 
 */  
int epoll_create(int size);  

/**  
 * @brief    该函数用于控制某个epoll文件描述符上的事件，可以注册事件，修改事件，删除事件。 
 *  
 * @param    epfd    由 epoll_create 生成的epoll专用的文件描述符 
 * @param    op      要进行的操作例如注册事件，可能的取值EPOLL_CTL_ADD 注册、EPOLL_CTL_MOD 修 改、EPOLL_CTL_DEL 删除 
 * @param    fd      关联的文件描述符 
 * @param    event   指向epoll_event的指针 
 *  
 * @return   0       succ 
 *           -1      fail 
 */  
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);  

    <code class="language-cpp">struct epoll_event ev;    
    //设置与要处理的事件相关的文件描述符    
    ev.data.fd=listenfd;    
    //设置要处理的事件类型    
    ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;    
    //注册epoll事件    
    epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,listenfd,&ev); </code>  

/**  
 * @brief    该函数用于轮询I/O事件的发生 
 *  
 * @param    epfd        由epoll_create 生成的epoll专用的文件描述符 
 * @param    events      用于回传代处理事件的数组 
 * @param    maxevents   每次能处理的事件数 
 * @param    timeout     等待I/O事件发生的超时值；-1相当于阻塞，0相当于非阻塞。一般用-1即可 
 *  
 * @return   >=0         返回发生事件数 
 *           -1          错误 
 */  
int epoll_wait(int epfd,struct epoll_event * events,int maxevents,int timeout);  

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/epoll.h>

#define BUF_SIZE 100
#define EPOLL_SIZE 50
void error_handling(char *buf);

int main(int argc, const char * argv[]) {
    int serv_sock, clnt_sock;
    struct sockaddr_in serv_adr, clnt_adr;
    socklen_t adr_sz;
    int str_len, i;
    char buf[BUF_SIZE];

    //类似select的fd_set变量查看监视对象的状态变化，epoll_event结构体将发生变化的文件描述符单独集中到一起
    struct epoll_event *ep_events;
    struct epoll_event event;
    int epfd, event_cnt;

    if(argc != 2)
    {
        printf("Usage: %s <port> \n", argv[0]);
        exit(1);
    }

    serv_sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(serv_sock == -1)
        error_handling("socket() error");

    memset(&serv_adr, 0, sizeof(serv_adr));
    serv_adr.sin_family = AF_INET;
    serv_adr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    serv_adr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));

    if(bind(serv_sock, (struct sockaddr *) &serv_adr, sizeof(serv_adr)) == -1)
        error_handling("bind() error");

    if(listen(serv_sock, 5) == -1)
        error_handling("listen() error");

    //创建文件描述符的保存空间称为“epoll例程”
    epfd = epoll_create(EPOLL_SIZE);
    ep_events = malloc(sizeof(struct epoll_event) *EPOLL_SIZE);

    //添加读取事件的监视(注册事件)
    event.events = EPOLLIN;  //读取数据事件
    event.data.fd = serv_sock;
    epoll_ctl(epdf, EPOLL_CTL_ADD, serv_sock, &event);

    while (1)
    {
        //响应事件，返回发生事件的文件描述符数
        event_cnt = epoll_wait(epfd, ep_events, EPOLL_SIZE, -1);  //传-1时，一直等待直到事件发生
        if(event_cnt == -1)
        {
            puts("epoll_wait() error");
            break;
        }

        //服务端套接字和客服端套接字
        for (i = 0; i < event_cnt; i++) {
            if(ep_events[i].data.fd == serv_sock)//服务端与客服端建立连接
            {
                adr_sz = sizeof(clnt_adr);
                clnt_sock = accept(serv_sock, (struct sockaddr *)&clnt_adr, &adr_sz);
                event.events = EPOLLIN;
                event.data.fd = clnt_sock;
                epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, clnt_sock, &event);
                printf("connected client: %d \n", clnt_sock);
            }
            else  //连接之后传递数据
            {
                str_len = read(ep_events[i].data.fd, buf, BUF_SIZE);
                if(str_len == 0)
                {
                    //删除事件
                    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);
                }
            }
        }
    }

    close(serv_sock);
    close(epfd);
    return 0;
}

void error_handling(char *message)
{
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}

#define _GNU_SOURCE
#include "sysutil.h"
#include "buffer.h"
#include <sys/epoll.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    //创建client套接字
    int sockfd = tcp_client(0);
    //调用非阻塞connect函数
    int ret = nonblocking_connect(sockfd, "localhost", 9981, 5000);
    if(ret == -1)
    {
        perror("Connect Timeout .");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    //将三个fd设置为Non-Blocking
    activate_nonblock(sockfd);
    activate_nonblock(STDIN_FILENO);
    activate_nonblock(STDOUT_FILENO);


    buffer_t recvbuf; //sockfd -> Buffer -> stdout
    buffer_t sendbuf; //stdin -> Buffer -> sockfd

    //初始化缓冲区
    buffer_init(&recvbuf);
    buffer_init(&sendbuf);


    //创建epoll
    int epollfd = epoll_create1(0);
    if(epollfd == -1)
        ERR_EXIT("create epoll");
    struct epoll_event events[1024];

    uint32_t sockfd_event = 0;
    uint32_t stdin_event = 0;
    uint32_t stdout_event = 0;

    epoll_add_fd(epollfd, sockfd, sockfd_event);
    epoll_add_fd(epollfd, STDIN_FILENO, stdin_event);
    epoll_add_fd(epollfd, STDOUT_FILENO, stdout_event);


    while(1)
    {
        //重新装填epoll事件
        sockfd_event = 0;
        stdin_event = 0;
        stdout_event = 0;
        //epoll无法每次都重新装填，所以给每个fd添加一个空事件
        
        if(buffer_is_readable(&sendbuf))
        {
            sockfd_event |= kWriteEvent;
        }
        if(buffer_is_writeable(&sendbuf))
        {
            stdin_event |= kReadEvent;
        }
        if(buffer_is_readable(&recvbuf))
        {
            stdout_event |= kWriteEvent;
        }
        if(buffer_is_writeable(&recvbuf))
        {
            sockfd_event |= kReadEvent;
        }

        epoll_mod_fd(epollfd, sockfd, sockfd_event);
        epoll_mod_fd(epollfd, STDIN_FILENO, stdin_event);
        epoll_mod_fd(epollfd, STDOUT_FILENO, stdout_event);


        //监听fd数组
        int nready = epoll_wait(epollfd, events, 1024, 5000);
        if(nready == -1)
            ERR_EXIT("epoll wait");
        else if(nready == 0)
        {
            printf("epoll timeout.\n");
            continue;
        }
        else
        {
            int i;
            for(i = 0; i < nready; ++i)
            {
                int peerfd = events[i].data.fd;
                int revents = events[i].events;
                if(peerfd == sockfd && revents & kReadREvent)
                {
                    //从sockfd接收数据到recvbuf
                    if(buffer_read(&recvbuf, peerfd) == 0)
                    {
                        fprintf(stderr, "server close.\n");
                        exit(EXIT_SUCCESS);
                    } 
                }
                    
                if(peerfd == sockfd && revents & kWriteREvent)
                {
                    buffer_write(&sendbuf, peerfd); //将sendbuf中的数据写入sockfd
                }

                if(peerfd == STDIN_FILENO && revents & kReadREvent)
                {
                    //从stdin接收数据写入sendbuf
                    if(buffer_read(&sendbuf, peerfd) == 0)
                    {
                        fprintf(stderr, "exit.\n");
                        exit(EXIT_SUCCESS);
                    } 
                }

                if(peerfd == STDOUT_FILENO && revents & kWriteREvent)
                {
                    buffer_write(&recvbuf, peerfd); //将recvbuf中的数据输出至stdout
                }
            }
        }

    }

}

-  什么是条件触发和边缘触发？它们是指事件响应的方式，epoll默认是条件触发的方式。条件触发是指：只要输入缓冲中有数据就会一直通知该事件，循环响应epoll\_wait。而边缘触发是指：输入缓冲收到数据时仅注册1次该事件，即使输入缓冲中还留有数据，也不会再进行注册，只响应一次。

-  边缘触发相对条件触发的优点：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。

-  将上面epoll实例改为边缘触发：  1，首先改写 event.events = EPOLLIN | EPOLLET; （EPOLLIN:读取数据事件  EPOLLET:边缘触发方式）
 2，边缘触发只响应一次接收数据事件，所以要一次性全部读取输入缓冲中的数据，那么就需要判断什么时候数据读取完了？Linux声明了一个全局的变量：int errno; (error.h中)，它能记录发生错误时提供额外的信息。这里就可以用它来判断是否读取完数据：
 

str_len = read(...);
if(str_len < 0)
{
    if(errno == EAGAIN) //读取输入缓冲中的全部数据的标志
        break;
}

//fd套接字文件描述符，将此套接字数据传输模式修改为非阻塞
void setnonblockingmode(int fd)
{
    int flag = fcntl(fd, F_GETFL,0); //得到套接字原来属性
    fcntl(fd, F_SETFL, flag | O_NONBLOCK);//在原有属性基础上设置添加非阻塞模式
}