TCP/IP网络编程 --优于select的epoll-epoll tcp server

关于并发服务器中的I/O复用实现方式，前面我们讲过select的方式，但select的性能比较低，并不适合以Web服务器端开发为主流的现代开发环境。因此就有了Linux下的epoll，BSD的kqueue，Solaris的/dev/poll和Windows的IOCP等复用技术。本章就来讲讲Linux下的epoll技术。

epoll理解及应用

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;

基于epoll的回声服务器端

// 
 
// main.cpp 
 
// hello_server 
 
// 
 
// Created by app05 on 15-10-19. 
 
// Copyright (c) 2015年 app05. All rights reserved. 
 
// 
 
#include 
 
#include 
 
#include 
 
#include 
 
#include 
 
#include 
 
#include 
 
#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 \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); 
 
}

条件触发和边缘触发

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; 
 
}

3，边缘触发方式下，以阻塞方式工作的read&write有可能会引起服务端的长时间停顿。所以边缘触发一定要采用非阻塞的套接字数据传输形式。那么怎么将套接字的read,write数据传输形式修改为非阻塞模式呢?

//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 
 
}