epoll例項2
1. epoll的優越性
上一節介紹的select有幾個缺點：
存在最多監聽的描述符上限FD_SETSIZE
每次被喚醒時必須遍歷才能知道是哪個描述符上狀態ready，CPU隨描述符數量線性增長
描述符集需要從核心copy到使用者態
這幾個缺點反過來正是epoll的優點，或者說epoll就是為了解決這些問題誕生的：
沒有最多監聽的描述符上限FD_SETSIZE，只受最多檔案描述符的限制，在系統中可以使用ulimit -n設定，運維一般會將其設定成20萬以上
每次被喚醒時返回的是所有ready的描述符，同時還帶有ready的型別
核心態與使用者態共享記憶體，不需要copy
2. 簡述epoll的工作過程
2.1 建立
首先由epoll_create建立epoll的例項，返回一個用來標識此例項的檔案描述符。
2.2 控制
通過epoll_ctl註冊感興趣的檔案描述符，這些檔案描述符的集合也被稱為epoll set。
2.3 阻塞
最後呼叫epoll_wait阻塞等待核心通知。
3. 水平觸發(LB)和邊緣觸發(EB)
epoll的核心通知機制有水平觸發和邊緣觸發兩種表現形式，我們在下面例子中看一下兩者的區別。
有一個代表讀的檔案描述符(rfd)註冊在epoll上
在管道的寫端，寫者寫入了2KB資料
呼叫epoll_wait會返回rfd作為ready的檔案描述符
管道讀端從rfd讀取了1KB資料
再次呼叫epoll_wait
如果rfd檔案描述符以ET的方式加入epoll的描述符集，那麼上邊最後一步就會繼續阻塞，儘管rfd上還有剩餘的資料沒有讀完。相反LT模式下，檔案描述符上資料沒有讀完就會一直通知下去。
4. epoll的兩個資料結構
4.1 epoll_event
struct epoll_event {
uint32_t events; /* Epoll events */
epoll_data_t data; /* User data variable */
};
引數events：
此引數是一個位集合，可能有以下幾種中的組合：
EPOLLIN：適用read操作，包括對端正常關閉
EPOLLOUT：適用write操作
EPOLLRDHUP ：TCP對端關閉了連線
EPOLLPRI：對於read操作有緊急的資料到來
EPOLLERR：檔案描述符上的錯誤，不需要設定在events上，因為epoll總是會等待錯誤
EPOLLHUP：與上邊EPOLLERR相同
EPOLLET：設定邊緣觸發方式
EPOLLONESHOT：只監聽一次事件，當監聽完這次事件之後，如果還需要繼續監聽這個socket的話，需要再次把這個socket加入到EPOLL佇列裡
4.2 epoll_data
typedef union epoll_data {
void *ptr;
int fd;
uint32_t u32;
uint64_t u64;
} epoll_data_t;
這個結構體有些tricky，是四種不同資料型別的union，實際上設計者的意思是內容是什麼交給使用者決定，相當於一個上下文。一般使用int fd來區分是哪個socket發生的事件。
5. API詳解
5.1 epoll_create
int epoll_create(int size);
int epoll_create1(int flags);
epoll_create建立了一個epoll的例項，請求核心為size大小的檔案描述符分配一個事件通知物件。實際上size只是一個提示，並沒有什麼實際的作用。此函式返回用來標識epoll例項的檔案描述符，此後所有對epoll的請求都要通過這個檔案描述符。當不需要使用epoll時需要使用close關閉這個檔案描述符，告訴核心銷燬例項。
5.2 epoll_ctl
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
在epoll例項epfd上的控制操作，op的取值有以下三種：
EPOLL_CTL_ADD: 將fd帶著事件引數event註冊到epfd上
EPOLL_CTL_MOD: 改變事件
EPOLL_CTL_DEL: 從epfd上刪除
返回的錯誤碼請參閱man手冊。
5.3 epoll_wait
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);
等待註冊在epfd上的事件，事件再events引數中帶出。對於timeout引數：
-1：永遠等待
0：不等待直接返回
其他：在超時時間內沒有事件發生，返回0
6. 完整C++程式碼示例
與上節一樣，網上的epoll程式碼基本都是已C語言方式寫在同一個main函式中，本人實現了一個完全正確的、可讀性好的版本。除了將select替換成了epoll，其他細節還有些變化，例如將sockaddr_in替換成了現代氣息的addrinfo，支援ipv4/ipv6等等。
上一節中按照工程習慣，在SelectServer類中增加了虛擬函式回掉介面，供派生類實現。有讀者反應會沖淡主題，在這個EpollServer中沒再繼續設計虛擬函式介面。猛擊此處下載原始碼。
6.1 stdafx.h
#ifndef STDAFX_H
#define STDAFX_H
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <cstring>
#include <string>
#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netdb.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <errno.h>
#endif // STDAFX_H
6.2 epollserver.h
#ifndef EPOLLSERVER_H
#define EPOLLSERVER_H
/**
* @brief The EpollServer class
* @author [email protected]
*/
class EpollServer
{
public:
EpollServer();
~EpollServer();
bool _listen(const std::string &port);
bool pulse();
private:
bool setUnblock(int socket);
bool createEpoll();
bool addEpoll(int socket, epoll_event &e);
bool isEpollError(const epoll_event& e);
bool isEpollNewConnection(const epoll_event& e);
bool _error(const epoll_event& e);
bool _accept(epoll_event &e);
bool _receive(const epoll_event& e);
bool _send(int clientFd, const std::string& data);
bool removeClient(int clientFd);
addrinfo m_serverAddr; /** server address */
int m_listenerSocket; /** listening socket descriptor */
int m_epollFd; /** epoll operation fd */
epoll_event m_epollEvent; /** epoll event*/
epoll_event* m_pEpollEvents; /** epoll events buffer to hold notification from kernal*/
char m_readBuf[1024]; /** buffer for client data */
};
#endif // EPOLLSERVER_H
6.3 epollserver.cpp
#include "stdafx.h"
#include "epollserver.h"
using namespace std;
#define MAXEVENTS 64
EpollServer::EpollServer()
: m_pEpollEvents(NULL)
{
}
EpollServer::~EpollServer()
{
if (m_pEpollEvents != NULL) {
delete [] m_pEpollEvents;
}
}
bool EpollServer::_listen(const string& port)
{
cout << "try to listen port " << port << endl;
addrinfo *pResult = NULL;
memset(&(m_serverAddr), '\0', sizeof(m_serverAddr));
m_serverAddr.ai_family = AF_UNSPEC; /** Return IPv4 and IPv6 choices */
m_serverAddr.ai_socktype = SOCK_STREAM; /** We want a TCP socket */
m_serverAddr.ai_flags = AI_PASSIVE; /** All interfaces */
if (getaddrinfo(NULL, port.c_str(), &m_serverAddr, &pResult) != 0) {
cerr << "fail to getaddrinfo!" << endl;
return false;
}
if (pResult != NULL) {
for (addrinfo *pRes = pResult; pRes != NULL; pRes = pRes->ai_next) {
if ((m_listenerSocket = socket (pRes->ai_family, pRes->ai_socktype, pRes->ai_protocol)) == -1) {
cerr << "fail to create socket for " << pRes->ai_family << " " << pRes->ai_socktype << " " << pRes->ai_protocol << endl;
continue;
}
if (bind(m_listenerSocket, pRes->ai_addr, pRes->ai_addrlen) == -1) {
cerr << "fail to bind " << m_listenerSocket << " " << pRes->ai_addr << " " << pRes->ai_addrlen << endl;
close(m_listenerSocket);
continue;
}
freeaddrinfo(pResult);
setUnblock(m_listenerSocket);
if (listen (m_listenerSocket, SOMAXCONN) == -1) {
cerr << "fail to listen " << m_listenerSocket << endl;
} else {
cout << "listen port " << port << " ok! " << endl;
return createEpoll(); /** We managed to bind successfully! */
}
}
}
return false;
}
bool EpollServer::pulse()
{
int n = epoll_wait(m_epollFd, m_pEpollEvents, MAXEVENTS, -1);
for (int i = 0; i < n; ++i) {
epoll_event& e = m_pEpollEvents[i];
if (isEpollError(e)) {
_error(e);
} else if (isEpollNewConnection(e)) {
_accept(e);
} else {
_receive(e);
}
}
return true;
}
bool EpollServer::setUnblock(int socket)
{
int flag = 0;
if ((flag = fcntl(socket, F_GETFL, 0)) != -1) {
flag |= O_NONBLOCK;
if (fcntl (socket, F_SETFL, flag) != -1) {
return true;
}
}
cerr << "fail to call fcntl F_SETFL for m_listenerSocket" << endl;
return false;
}
bool EpollServer::createEpoll()
{
cout << "try to creat epoll" << endl;
if ((m_epollFd = epoll_create1(0)) == -1) {
cerr << "fail to call epoll_create" << endl;
return false;
}
m_epollEvent.data.fd = m_listenerSocket;
m_epollEvent.events = EPOLLIN | EPOLLET;
if (addEpoll(m_listenerSocket, m_epollEvent)) {
m_pEpollEvents = new epoll_event[MAXEVENTS];
cout << "create epoll ok!" << endl;
return true;
}
return false;
}
bool EpollServer::addEpoll(int socket, epoll_event& e)
{
if ((epoll_ctl (m_epollFd, EPOLL_CTL_ADD, socket, &e)) == -1) {
cerr << "fail to call epoll_ctl for " << socket << endl;
return false;
}
return true;
}
bool EpollServer::isEpollError(const epoll_event &e)
{
return ((e.events & EPOLLERR) || (e.events & EPOLLHUP) || (!(e.events & EPOLLIN)));
}
bool EpollServer::isEpollNewConnection(const epoll_event &e)
{
return (m_listenerSocket == e.data.fd);
}
bool EpollServer::_error(const epoll_event &e)
{
/** An error has occured on this fd, or the socket is not ready for reading */
cerr << "epoll error for client " << e.data.fd << endl;
removeClient(e.data.fd);
return true;
}
bool EpollServer::_accept(epoll_event &e)
{
cout << "a new client is coming - " << e.data.fd << endl;
sockaddr clientAddr;
int clientFd = 0;
socklen_t clientAddrLen = sizeof (clientAddr);
char hbuf[NI_MAXHOST], sbuf[NI_MAXSERV];
if ((clientFd = accept (m_listenerSocket, &clientAddr, &clientAddrLen)) == -1) {
if ((errno != EAGAIN) && (errno != EWOULDBLOCK)) {
cerr << "fail to accept new client " << endl;
return false;
}
}
if (getnameinfo (&clientAddr, clientAddrLen, hbuf, sizeof(hbuf), sbuf, sizeof(sbuf), NI_NUMERICHOST | NI_NUMERICSERV) == -1) {
cerr << "fail to getnameinfo" << endl;
}
if (!setUnblock(clientFd)) {
cerr << "fail to set unblock to client fd" << clientFd << endl;
return false;
}
e.data.fd = clientFd;
e.events = EPOLLIN | EPOLLET;
return addEpoll(clientFd, e);
}
bool EpollServer::_receive(const epoll_event &e)
{
int clientFd = e.data.fd;
uint32_t nbytes = recv(clientFd, m_readBuf, sizeof(m_readBuf), 0);
cout << "receive " << nbytes << " bytes data from client " << clientFd << endl;
if (nbytes > 0) { /** we got some data from a client*/
string data(m_readBuf, nbytes);
_send(1, data);
_send(clientFd, data);
} else {
cout << "socket " << clientFd << " has sth wrong since nbytes == " << nbytes << endl;
removeClient(clientFd);
}
return true;
}
bool EpollServer::_send(int clientFd, const std::string &data)
{
if (write(clientFd, data.c_str(), data.size()) == -1) {
cerr << "fail to send data to " << clientFd << endl;
return false;
}
return true;
}
bool EpollServer::removeClient(int clientFd)
{
cout << "remove client " << clientFd << endl;
close (clientFd);
return true;
}
6.4 main.cpp
#include "stdafx.h"
#include "epollserver.h"
using namespace std;
int main(int argc, char* argv[])
{
if (argc >= 2) {
EpollServer server;
if (server._listen(argv[1])) {
while (server.pulse()) {
usleep(1000);
}
}
} else {
cout << "Usage: [port]" << endl;
}
return 0;
}
6.5 qmake工程檔案epoll.pro
######################################################################
# Automatically generated by qmake (2.01a) Fri Nov 16 18:01:16 2012
######################################################################
TEMPLATE = app
TARGET =
DEPENDPATH += .
INCLUDEPATH += .
CONFIG -= qt
PRECOMPILED_HEADER += stdafx.h
# Input
SOURCES += main.cpp epollserver.cpp
HEADERS += epollserver.h
編譯方法：
qmake epoll.pro
make
---------------------
作者：sunyurun
來源：CSDN
原文：https://blog.csdn.net/sunyurun/article/details/8194979
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