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在linux的网络编程中,很长的时间都在使用select来做事件触发。在linux新的内核中,有了一种替换它的机制,就是epoll。
相比于select,epoll最大的好处在于它不会随着监听fd数目的增长而降低效率。因为在内核中的select实现中,它是采用轮询来处理的,轮询的fd数目越多,自然耗时越多。并且,在linux/posix_types.h头文件有这样的声明:
#define __FD_SETSIZE 1024
表示select最多同时监听1024个fd,当然,可以通过修改头文件再重编译内核来扩大这个数目,但这似乎并不治本。

epoll的接口非常简单,一共就三个函数:
1. int epoll_create(int size);
创建一个epoll的句柄,size用来告诉内核这个监听的数目一共有多大。这个参数不同于select()中的第一个参数,给出最大监听的fd+1的值。需要注意的是,当创建好epoll句柄后,它就是会占用一个fd值,在linux下如果查看/proc/进程id/fd/,是能够看到这个fd的,所以在使用完epoll后,必须调用close()关闭,否则可能导致fd被耗尽。


2. int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
epoll的事件注册函数,它不同与select()是在监听事件时告诉内核要监听什么类型的事件,而是在这里先注册要监听的事件类型。第一个参数是epoll_create()的返回值,第二个参数表示动作,用三个宏来表示:
EPOLL_CTL_ADD:注册新的fd到epfd中;
EPOLL_CTL_MOD:修改已经注册的fd的监听事件;
EPOLL_CTL_DEL:从epfd中删除一个fd;
第三个参数是需要监听的fd,第四个参数是告诉内核需要监听什么事,struct epoll_event结构如下:

typedef union epoll_data {
void *ptr;
int fd;
__uint32_t u32;
__uint64_t u64;
} epoll_data_t;

struct epoll_event {
__uint32_t events; /* Epoll events */
epoll_data_t data; /* User data variable */
};

events可以是以下几个宏的集合:
EPOLLIN :表示对应的文件描述符可以读(包括对端SOCKET正常关闭);
EPOLLOUT:表示对应的文件描述符可以写;
EPOLLPRI:表示对应的文件描述符有紧急的数据可读(这里应该表示有带外数据到来);
EPOLLERR:表示对应的文件描述符发生错误;
EPOLLHUP:表示对应的文件描述符被挂断;
EPOLLET: 将EPOLL设为边缘触发(Edge Triggered)模式,这是相对于水平触发(Level Triggered)来说的。
EPOLLONESHOT:只监听一次事件,当监听完这次事件之后,如果还需要继续监听这个socket的话,需要再次把这个socket加入到EPOLL队列里


3. int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
等待事件的产生,类似于select()调用。参数events用来从内核得到事件的集合,maxevents告之内核这个events有多大,这个 maxevents的值不能大于创建epoll_create()时的size,参数timeout是超时时间(毫秒,0会立即返回,-1将不确定,也有说法说是永久阻塞)。该函数返回需要处理的事件数目,如返回0表示已超时。

4、关于ET、LT两种工作模式:
可以得出这样的结论:
ET模式仅当状态发生变化的时候才获得通知,这里所谓的状态的变化并不包括缓冲区中还有未处理的数据,也就是说,如果要采用ET模式,需要一直read/write直到出错为止,很多人反映为什么采用ET模式只接收了一部分数据就再也得不到通知了,大多因为这样;而LT模式是只要有数据没有处理就会一直通知下去的.


那么究竟如何来使用epoll呢?其实非常简单。
通过在包含一个头文件#include <sys/epoll.h> 以及几个简单的API将可以大大的提高你的网络服务器的支持人数。

首先通过create_epoll(int maxfds)来创建一个epoll的句柄,其中maxfds为你epoll所支持的最大句柄数。这个函数会返回一个新的epoll句柄,之后的所有操作将通过这个句柄来进行操作。在用完之后,记得用close()来关闭这个创建出来的epoll句柄。

之后在你的网络主循环里面,每一帧的调用epoll_wait(int epfd, epoll_event events, int max events, int timeout)来查询所有的网络接口,看哪一个可以读,哪一个可以写了。基本的语法为:
nfds = epoll_wait(kdpfd, events, maxevents, -1);
其中kdpfd为用epoll_create创建之后的句柄,events是一个epoll_event*的指针,当epoll_wait这个函数操作成功之后,epoll_events里面将储存所有的读写事件。max_events是当前需要监听的所有socket句柄数。最后一个timeout是 epoll_wait的超时,为0的时候表示马上返回,为-1的时候表示一直等下去,直到有事件范围,为任意正整数的时候表示等这么长的时间,如果一直没有事件,则范围。一般如果网络主循环是单独的线程的话,可以用-1来等,这样可以保证一些效率,如果是和主逻辑在同一个线程的话,则可以用0来保证主循环的效率。

epoll_wait范围之后应该是一个循环,遍利所有的事件。

几乎所有的epoll程序都使用下面的框架:

 for( ; ; )
{
nfds = epoll_wait(epfd,events,20,500);
for(i=0;i<nfds;++i)
{
if(events[i].data.fd==listenfd) //有新的连接
{
connfd = accept(listenfd,(sockaddr *)&clientaddr, &clilen); //accept这个连接
ev.data.fd=connfd;
ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,connfd,&ev); //将新的fd添加到epoll的监听队列中
}
else if( events[i].events&EPOLLIN ) //接收到数据,读socket
{
n = read(sockfd, line, MAXLINE)) < 0 //读
ev.data.ptr = md; //md为自定义类型,添加数据
ev.events=EPOLLOUT|EPOLLET;
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev);//修改标识符,等待下一个循环时发送数据,异步处理的精髓
}
else if(events[i].events&EPOLLOUT) //有数据待发送,写socket
{
struct myepoll_data* md = (myepoll_data*)events[i].data.ptr; //取数据
sockfd = md->fd;
send( sockfd, md->ptr, strlen((char*)md->ptr), 0 ); //发送数据
ev.data.fd=sockfd;
ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev); //修改标识符,等待下一个循环时接收数据
}
else
{
//其他的处理
}
}
}
#include <iostream>
#include 
<sys/socket.h>
#include 
<sys/epoll.h>
#include 
<netinet/in.h>
#include 
<arpa/inet.h>
#include 
<fcntl.h>
#include 
<unistd.h>
#include 
<stdio.h>
#include 
<errno.h>

using namespace std;

#define MAXLINE 5
#define OPEN_MAX 100
#define LISTENQ 20
#define SERV_PORT 5000
#define INFTIM 1000

void setnonblocking(int sock)
{
    
int opts;
    opts
=fcntl(sock,F_GETFL);
    
if(opts<0)
    
{
        perror(
"fcntl(sock,GETFL)");
        exit(
1);
    }

    opts 
= opts|O_NONBLOCK;
    
if(fcntl(sock,F_SETFL,opts)<0)
    
{
        perror(
"fcntl(sock,SETFL,opts)");
        exit(
1);
    }

}


int main(int argc, char* argv[])
{
    
int i, maxi, listenfd, connfd, sockfd,epfd,nfds, portnumber;
    ssize_t n;
    
char line[MAXLINE];
    socklen_t clilen;


    
if ( 2 == argc )
    
{
        
if( (portnumber = atoi(argv[1])) < 0 )
        
{
            fprintf(stderr,
"Usage:%s portnumber/a/n",argv[0]);
            
return 1;
        }

    }

    
else
    
{
        fprintf(stderr,
"Usage:%s portnumber/a/n",argv[0]);
        
return 1;
    }




    
//声明epoll_event结构体的变量,ev用于注册事件,数组用于回传要处理的事件

    
struct epoll_event ev,events[20];
    
//生成用于处理accept的epoll专用的文件描述符

    epfd
=epoll_create(256);
    
struct sockaddr_in clientaddr;
    
struct sockaddr_in serveraddr;
    listenfd 
= socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    
//把socket设置为非阻塞方式

    
//setnonblocking(listenfd);

    
//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;
    
//ev.events=EPOLLIN;

    
//注册epoll事件

    epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,listenfd,
&ev);
    bzero(
&serveraddr, sizeof(serveraddr));
    serveraddr.sin_family 
= AF_INET;
    
char *local_addr="127.0.0.1";
    inet_aton(local_addr,
&(serveraddr.sin_addr));//htons(portnumber);

    serveraddr.sin_port
=htons(portnumber);
    bind(listenfd,(sockaddr 
*)&serveraddr, sizeof(serveraddr));
    listen(listenfd, LISTENQ);
    maxi 
= 0;
    
for ( ; ; ) {
        
//等待epoll事件的发生

        nfds
=epoll_wait(epfd,events,20,500);
        
//处理所发生的所有事件

        
for(i=0;i<nfds;++i)
        
{
            
if(events[i].data.fd==listenfd)//如果新监测到一个SOCKET用户连接到了绑定的SOCKET端口,建立新的连接。

            
{
                connfd 
= accept(listenfd,(sockaddr *)&clientaddr, &clilen);
                
if(connfd<0){
                    perror(
"connfd<0");
                    exit(
1);
                }

                
//setnonblocking(connfd);

                
char *str = inet_ntoa(clientaddr.sin_addr);
                cout 
<< "accapt a connection from " << str << endl;
                
//设置用于读操作的文件描述符

                ev.data.fd
=connfd;
                
//设置用于注测的读操作事件

                ev.events
=EPOLLIN|EPOLLET;
                
//ev.events=EPOLLIN;

                
//注册ev

                epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,connfd,
&ev);
            }

            
else if(events[i].events&EPOLLIN)//如果是已经连接的用户,并且收到数据,那么进行读入。

            
{
                cout 
<< "EPOLLIN" << endl;
                
if ( (sockfd = events[i].data.fd) < 0)
                    
continue;
                
if ( (n = read(sockfd, line, MAXLINE)) < 0{
                    
if (errno == ECONNRESET) {
                        close(sockfd);
                        events[i].data.fd 
= -1;
                    }
 else
                        std::cout
<<"readline error"<<std::endl;
                }
 else if (n == 0{
                    close(sockfd);
                    events[i].data.fd 
= -1;
                }

                line[n] 
= '/0';
                cout 
<< "read " << line << endl;
                
//设置用于写操作的文件描述符

                ev.data.fd
=sockfd;
                
//设置用于注测的写操作事件

                ev.events
=EPOLLOUT|EPOLLET;
                
//修改sockfd上要处理的事件为EPOLLOUT

                
//epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev);

            }

            
else if(events[i].events&EPOLLOUT) // 如果有数据发送

            
{
                sockfd 
= events[i].data.fd;
                write(sockfd, line, n);
                
//设置用于读操作的文件描述符

                ev.data.fd
=sockfd;
                
//设置用于注测的读操作事件

                ev.events
=EPOLLIN|EPOLLET;
                
//修改sockfd上要处理的事件为EPOLIN

                epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,
&ev);
            }

        }

    }

    
return 0;
}




posted on 2013-01-07 14:17 C++技术中心 阅读(4912) 评论(0)  编辑 收藏 引用 所属分类: Linux 编程

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