《TCP/IP网络编程》阅读笔记--epoll的使用

1--epoll的优点

select()的缺点：

        ① 调用 select() 函数后针对所有文件描述符的循环语句；

        ② 调用 select() 函数时需要向操作系统传递监视对象信息；

epoll()的优点：

        ① 无需编写以监视状态变化为目的的针对所有文件描述符的循环语句；

        ② 调用 epoll_wait() 函数时无需每次传递监视对象信息；

2--epoll的常用操作

epoll_create: 创建保存 epoll 文件描述符的空间；

epoll_ctl: 向空间注册并注销文件描述符；

epoll_wait: 等待文件描述符发生变化；

#include <sys/epoll.h>
int epoll_create(int size);
// 成功时返回 epoll 文件描述符，失败时返回 -1
// size 表示epoll实例的大小，只是建议给操作系统的一个参考
// 调用 epoll_create 函数时创建的文件描述符保存空间称为：epoll例程

#include <sys/epoll.h>
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event* event);
// 成功时返回0，失败时返回-1
// epfd 表示 epoll 例程的文件描述符
// op 用于指定监视对象的添加、删除或更改等操作
// fd 表示需要注册的监视对象文件描述符
// event 表示监视对象的事件类型struct epoll_event event;
...
event.events = EPOLLIN; // 发生需要读取数据的事件时
event.data.fd = sockfd;
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, sockfd, &event);
...
// event.events 常用的事件有：
// EPOLL_IN 表示需要读取数据的情况
// EPOLLOUT 表示输出缓冲为空，可以立即发送数据的情况
// EPOLLPRI 表示收到 OOB 数据的情况
// EPOLLRDHUP 表示断开连接或半关闭的情况，常用于边缘触发方式
// EPOLLERR 表示发生错误的情况
// EPOLLET 表示以边缘触发的方式得到事件通知
// EPOLLONESHOT 表示发生一次事件后，相应的文件描述符不再收到事件通知
// 通过位或运算可以同时传递上述多个参数

        第二个参数 op 的常见常量和含义如下：

① EPOLL_CTL_ADD: 将文件描述符注册到 epoll 例程；

② EPOLL_CTL_DEL: 从 epoll 例程中删除文件描述符；

③ EPOLL_CTL_MOD: 更改注册的文件描述符的关注事件；

epoll_ctl(A, EPOLL_CTL_ADD, B, C);
// 表示在 epoll 例程 A 中注册文件描述符 B，主要目的是监视参数 C 中的事件；epoll_ctl(A, EPOLL_CTL_DEL, B, NULL);
// 表示在 epoll 例程 A 中删除文件描述符 B

#include <sys/epoll.h>
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event* events, int maxevents, int timeout);
// 成功时返回发生事件的文件描述符数
// epfd 表示 epoll 例程的文件描述符
// events 表示保存发生事件的文件描述符集合的结构体地址值
// maxevents 表示第二个参数可以保存的最大事件数
// timeout 表示以 ms 为单位的等待事件，传递 -1 时表示一直等待直到事件发生

3--基于 epoll 的回声服务端

// gcc echo_epollserv.c -o echo_epollserv
// ./echo_epollserv 9190#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 50void error_handling(char *message){fputs(message, stderr);fputc('\n', stderr);exit(1);
}int main(int argc, 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];struct epoll_event *ep_events; struct epoll_event event; // 发生时间的文件描述符结构体int epfd, event_cnt;if(argc != 2){printf("Usage : %s <port>\n", argv[0]);exit(1);}serv_sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);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");}epfd = epoll_create(EPOLL_SIZE); // 创建保存 epoll 文件描述符的空间ep_events = malloc(sizeof(struct epoll_event)*EPOLL_SIZE);event.events = EPOLLIN; // 设置监视需要读取数据的情况event.data.fd = serv_sock; // 设置监视的文件描述符epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, serv_sock, &event); // 将 serv_sock 注册到 epoll 例程中while(1){event_cnt = epoll_wait(epfd, ep_events, EPOLL_SIZE, -1); // 等待事件的发生if(event_cnt == -1){puts("epoll_wait() error");break;}for(i = 0; i < event_cnt; i++){ // 遍历发生事件数if(ep_events[i].data.fd == serv_sock){ // 当发生时间的文件描述符等于设置的 serv_sock 时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{str_len = read(ep_events[i].data.fd, buf, BUF_SIZE); // 接收数据if(str_len == 0){ // 接收的数据是 EOF，则关闭连接epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, ep_events[i].data.fd, NULL); // 收到EOF，删除注册的文件描述符close(ep_events[i].data.fd);printf("closed client: %d \n", ep_events[i].data.fd);}else{ // 将读取的数据返回给客户端，实现回声的功能write(ep_events[i].data.fd, buf, str_len); // echo}}}}close(serv_sock);close(epfd);return 0;
}

4--条件触发和边缘触发

        条件触发和边缘触发的区别在于发生事件的时间点；

        条件触发中，只要输入缓冲有数据就会一直通知该事件；

        边缘触发中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；

        epoll 默认以条件触发的方式工作；

条件触发代码：

// gcc echo_EPLTserv.c -o echo_EPLT_serv
// ./echo_EPLT_serv 9190#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 4 // 减少缓冲大小，阻止服务器一次性读取接收的数据，验证条件触发
#define EPOLL_SIZE 50void error_handling(char *message){fputs(message, stderr);fputc('\n', stderr);exit(1);
}int main(int argc, 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];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);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");}epfd = epoll_create(EPOLL_SIZE);ep_events = malloc(sizeof(struct epoll_event)*EPOLL_SIZE);event.events = EPOLLIN;event.data.fd = serv_sock;epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, serv_sock, &event);while(1){// 条件触发中，每次收到客户端数据，都会调用 epoll_wait() 函数event_cnt = epoll_wait(epfd, ep_events, EPOLL_SIZE, -1); if(event_cnt == -1){puts("epoll_wait() error");break;}puts("return epoll_wait");for(i = 0; i < event_cnt; i++){if(ep_events[i].data.fd == serv_sock){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{str_len = read(ep_events[i].data.fd, buf, BUF_SIZE); // 一次只能读取 4 个字节if(str_len == 0){ // 收到 EOF 关闭连接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); // echo}}            }}close(serv_sock);close(epfd);return 0;
}

        在 event.events 中设置 EPOLLET 来设置边缘触发；

        在边缘触发中，从客户端接收数据只会注册 1 次事件；

        边缘触发可以分离接收数据和处理数据的时间点；

// gcc echo_EPETserv.c -o echo_EPETserv
// ./echo_EPETserv 9190#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>#define BUF_SIZE 4
#define EPOLL_SIZE 50void error_handling(char *message){fputs(message, stderr);fputc('\n', stderr);exit(1);
}void setnonblockingmode(int fd){int flag = fcntl(fd, F_GETFL, 0);fcntl(fd, F_SETFL, flag|O_NONBLOCK);
}int main(int argc, 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];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);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");}epfd = epoll_create(EPOLL_SIZE);ep_events = malloc(sizeof(struct epoll_event)*EPOLL_SIZE);setnonblockingmode(serv_sock);event.events = EPOLLIN;event.data.fd = serv_sock;epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, serv_sock, &event);while(1){event_cnt = epoll_wait(epfd, ep_events, EPOLL_SIZE, -1);if(event_cnt == -1){puts("epoll_wait() error");break;}puts("return epoll_wait");for(i = 0; i < event_cnt; i++){if(ep_events[i].data.fd == serv_sock){adr_sz = sizeof(clnt_adr);clnt_sock = accept(serv_sock, (struct sockaddr*)&clnt_adr, &adr_sz);setnonblockingmode(clnt_sock);event.events = EPOLLIN|EPOLLET; // 设置边缘触发event.data.fd = clnt_sock;epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, clnt_sock, &event);printf("connected client: %d \n", clnt_sock);}else{while(1){ // 边缘触发中，接收数据仅注册 1 次事件，因此需要循环读取完输入缓冲中的所有数据str_len = read(ep_events[i].data.fd, buf, BUF_SIZE);if(str_len == 0){ // 接收到 EOF 后，关闭连接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);break;}else if(str_len < 0){ // read 函数发现输入缓冲中没有数据可读时返回 -1，同时errno中保存EAGAIN常量if(errno == EAGAIN){break;}}else{write(ep_events[i].data.fd, buf, str_len); // echo}}}}}close(serv_sock);close(epfd);return 0;
}