多路IO—POll函数，epoll服务器开发流程
引言
"在计算机网络编程中，多路IO技术是非常常见的一种技术。其中，Poll函数和Epoll函数是最为常用的两种多路IO技术。这两种技术可以帮助服务器端处理多个客户端的并发请求，提高了服务器的性能。本文将介绍Poll和Epoll函数的使用方法，并探讨了在服务器开发中使用这两种技术的流程和注意事项。"
poll函数介绍
int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);
（man poll 调用）
函数说明: 跟select类似, 委托内核监控可读, 可写, 异常事件
函数参数:
fds: 一个struct pollfd结构体数组的首地址
struct pollfd {int fd;//要监控的文件描述符,如果fd为-1, 表示内核不再监控short events; //输入参数, 表示告诉内核要监控的事件, 读事件, 写事件, 异常事件short revents;//输出参数, 表示内核告诉应用程序有哪些文件描述符有事件发生};
events/revents:
POLLIN:可读事件，让内核监控读事件就要写这个POLLOUT: 可写事件，缓冲区未满就可写POLLERR: 异常事件
nfds: 告诉内核监控的范围, 具体是: 数组下标的最大值+1
timeout:
=0: 不阻塞, 立刻返回-1: 表示一直阻塞, 直到有事件发生>0: 表示阻塞时长, 在时长范围内若有事件发生会立刻返回;如果超过了时长也会立刻返回
函数返回值:
>0: 发生变化的文件描述符的个数=0: 没有文件描述符发生变化-1: 表示异常
poll函数开发流程
1 创建socket ，得到监听文件描述符，lfd ----- socket();
2 设置端口复用----------setsockopt()
3 绑定 ------ bind()
4
struct pollfd client[1024];
client[0].fd = lfd; // 放在哪都行，放在最俩头方便使用
client[0].events = POLLIN; //监控读事件，如果也让其监控可写事件，用或
// 设置为fd 为-1 ，表示内核不在监控，这是一个初始化
int maxi = 0; // 定义最大数组下标
for(int i = 0;i < 1024;i ++)
{
client[i].fd = -1;
}
//委托内核持续监控
k= 0;
while(1)
{
nready = poll(client,maxi + 1,-1);
//异常情况
if(nready < 0 )
{
if(error == EINTR)
{
continue;
}
break;
}
if(client[0].revents = POLLIN)
{
//接受新的客户端连接
k ++;
cfd = Accept(lfd,NULL,NULL);
/*继续委托内核监听事件
寻找在client 数组中可用位置*/
for(i = 0;i < 1024;i ++ )
{
if(client[i ].fd ==-1 )
{
client.fd[i] = cfd;
client.fd[i] = POLLIN;
break;
}
}
//客户端连接数达到最大值
if(i == 1024)
{
close(cfd);
continue; //退出，可能会有客户端连接退出，方便继续寻找
}
//修改client 数组下标最大值
if(maxi < i )
maxi = i;
if(--nready == 0 )
continue;
}
//下面是有客户端发送数据的情况
for(i = 1;i <= maxi;i ++）
{
//如果client数组中fd 为-1，表示已经不再让内核监控了
if(client[i].fd == -1)
continue;
if(client[i].revents == POLLIN)
{
sockfd = client[i].fd;
memset(buf,0x00,sizeof(buf));
//read 数据
n = Read(sockfd, buf,sizeof(buf));
if(n <= 0)
{
printf("read error or client closed,n =[%d]\n",n);
close(sockfd);
client[i].fd = -1; //告诉内核不再监控
}
else
{
printf("read error,n == [%d],buf==[%s]\n,"n,buf);
//发送数据给客户端
Write（sockfd,buf,n);
}
if(--nready == 0 )
{
break;
}
}
}
close(lfd);
}多路IO-epoll （重点）
将检测文件描述符的变化委托给内核去处理, 然后内核将发生变化的文件描述符对应的 事件返回给应用程序.
头文件
#include <sys/epoll.h>
函数
int epoll_create(int size) 函数说明：创建一棵poll树，返回一个数根节点 函数参数：size：必须传一个大于0的数 返回值：返回个文件描述符，这个文件描述符就表示epoll树的树根节点
int epoll_ctl(int epfd,int op,int fd,struct epoll_event *event) 函数说明：将fd上的epoll树，从树上删除和修改 函数参数： epfd：epoll树的树根节点 op： EPOLL_CTL_ADD: 添加事件节点到树 上 EPOLL_CTL_DEL: 从树上删除事件节点 EPOLL_CTL_MOD: 修改树上对应的事件节点 fd：要操做的文件描述符 event ： event.events 常用的有: EPOLLIN: 读事件 EPOLLOUT: 写事件 EPOLLERR: 错误事件 EPOLLET: 边缘触发模式 event.fd: 要监控的事件对应的文件描述符 typedef union epoll_data{ void *ptr; int fd; uint32_t u32; uint64_t u64; }epoll_data_t; struct epoll_event{ uint32 events; / * Epoll events */ epoll_data data; /* User data variable */ };
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout); 函数说明:等待内核返回事件发生 参数说明: epfd: epoll树根 events: 传出参数, 其实是一个事件结构体数组 maxevents: 数组大小 timeout: -1: 表示永久阻塞 0: 立即返回 >0: 表示超时等待事件 返回值: 成功: 返回发生事件的个数 失败: 若timeout=0, 没有事件发生则返回; 返回-1, 设置errno值,
使用epoll 模型开发服务器流程
1：创建socket,得到监听文件描述符lfd ---- socket() 2: 设置端口复用 ----- setsockopt() 3: 绑定 ------ bind() 4: 监听 -------- listen() 5. 创建一棵epoll树
开发完整的代码
//EPOLL 模型测试
#include "wrap.h"
#include <sys/epoll.h>
#include <ctype.h>
int main()
{
int ret;
int n;
int nready;
int lfd;
int cfd;
int sockfd;
char buf[1024];
socklen_t socklen;
struct sockaddr_in svraddr;
struct epoll_event ev;
struct epoll_event events[1024];
int k;
int i;
//创建socket
lfd = Socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
//设置文件描述符为端口复用
int opt = 1;
setsockopt(lfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&opt,sizeof(int));
//绑定
svraddr.sin_family = AF_INET;
svraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
svraddr.sin_port = htons(8888);
Bind(lfd,(struct sockaddr *)&svraddr,sizeof(struct sockaddr_in));
//Listen
Listen(lfd,128);
//创建一棵epoll树
int epfd = epoll_create(1024);
if(epfd < 0 )
{
perror("create epoll error");
return -1;
}
ev.data.fd = lfd;
ev.events = EPOLLIN;
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,lfd,&ev); //lfd 对应的事件节点上树
while(1)
{
nready = epoll_wait(epfd,events,1024,-1); //等待内核返回事件
if(nready < 0)
{
perror("epoll_wait error");
if(nready == EINTR) //判断是否收到了中断信号
{
continue;
}
break;
}
for(i = 0;i < nready;i ++) //小于发生事件的个数
{
//有客户端连接发来请求
sockfd = events[i].data.fd;
if(sockfd == lfd)
{
cfd = Accept(lfd,NULL,NULL);
ev.data.fd = cfd;
ev.events = EPOLLIN;
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,cfd,&ev);
}
//有客户端发送数据过来
else {
memset(buf,0x00,sizeof(buf));
n = Read(sockfd,buf,sizeof(buf));
if(n <= 0)
{
close(sockfd);
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_DEL,sockfd,NULL); //把sockfd从epfd树上删除
}
else
{
for(k = 0;k < n;k ++)
{
buf[k] = toupper(buf[k]); //返回大写
}
Write(sockfd,buf,n);
}
}
}
}
close(epfd);
close(lfd);
return 0;
} epoll 的两种模式 ET 和 LT 模式
epoll 的LT模式：
epoll 默认情况是LT模式，在这种情况下，如果读数据一次性没有读完， 缓冲区还有可读数据，则epoll_wait还会再次通知。
epoll 的ET模式：
如果将epoll设置为ET模式，若读数据的时候一次性没有读完，则epoll_wait不再通知 直到下次有新的数据
用ET模式下，为了防止第二个客户端可以正常连接，并且发送数据，需要将socket设置为非阻塞模式
ET设置了非阻塞模式是因为使用了边缘触发模式（EPOLLET）。在边缘触发模式下，当有数据可读时，只会触发一次EPOLLIN事件，如果该次读取没有将缓冲区中的数据全部读取完毕，下次还是会触发EPOLLIN事件。因此，为了保证每次读取完整的数据，需要将socket设置为非阻塞模式，避免在缓冲区没有全部读取完毕时进行阻塞。
代码：
//EPOLL 模型测试 ET
#include "wrap.h"
#include <sys/epoll.h>
#include <ctype.h>
#include <fcntl.h>
int main()
{
int ret;
int n;
int nready;
int lfd;
int cfd;
int sockfd;
char buf[1024];
socklen_t socklen;
struct sockaddr_in svraddr;
struct epoll_event ev;
struct epoll_event events[1024];
int k;
int i;
//创建socket
lfd = Socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
//设置文件描述符为端口复用
int opt = 1;
setsockopt(lfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&opt,sizeof(int));
//绑定
svraddr.sin_family = AF_INET;
svraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
svraddr.sin_port = htons(8888);
Bind(lfd,(struct sockaddr *)&svraddr,sizeof(struct sockaddr_in));
//Listen
Listen(lfd,128);
//创建一棵epoll树
int epfd = epoll_create(1024);
if(epfd < 0 )
{
perror("create epoll error");
return -1;
}
ev.data.fd = lfd;
ev.events = EPOLLIN;
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,lfd,&ev); //lfd 对应的事件节点上树
while(1)
{
nready = epoll_wait(epfd,events,1024,-1); //等待内核返回事件
if(nready < 0)
{
perror("epoll_wait error");
if(nready == EINTR) //判断是否收到了中断信号
{
continue;
}
break;
}
for(i = 0;i < nready;i ++) //小于发生事件的个数
{
//有客户端连接发来请求
sockfd = events[i].data.fd;
if(sockfd == lfd)
{
cfd = Accept(lfd,NULL,NULL);
ev.data.fd = cfd;
ev.events = EPOLLIN | EPOLLET; //
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,cfd,&ev);
//将cfd设置为非阻塞模式
int flag = fcntl(cfd, F_GETFL);
flag |= O_NONBLOCK; //O_NONBLOCK（非阻塞）标志位置为1。
fcntl(cfd, F_SETFL, flag);
}
//有客户端发送数据过来
else {
memset(buf,0x00,sizeof(buf));
while(1)
{
n = Read(sockfd,buf,sizeof(buf));
printf("n == [%d]\n",n);
if(n == -1)
{
printf("read over,n == [%d]\n",n);
break;
}
if(n < 0 || (n <0 && n!=-1)) //对方关闭连接，或者异常的情况
{
printf("n == [%d],buf == [%s]\n",n,buf);
close(sockfd);
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_DEL,sockfd,NULL); //把sockfd从epfd树上删除
break;
}
else
{
printf("n == [%d],buf == [%s]\n",n,buf);
for(k = 0;k < n;k ++)
{
buf[k] = toupper(buf[k]); //返回大写
}
Write(sockfd,buf,n);
}
}
}
}
}
close(epfd);
close(lfd);
return 0;
} 图解epoll反应堆流程
腾讯云开发者
