Unix C学习之IO多路复用之epoll

(一)epoll， select， poll区别

图片来自select、poll和epoll的总结对比
文章参考select、poll、epoll之间的区别(搜狗面试)

1. select它仅仅知道了，有I/O事件发生了，却并不知道是哪那几个流（可能有一个，多个，甚至全部），我们只能无差别轮询所有流，找出能读出数据，或者写入数据的流，对他们进行操作。所以select具有O(n)的无差别轮询复杂度，同时处理的流越多，无差别轮询时间就越长。

2. poll本质上和select没有区别，它将用户传入的数组拷贝到内核空间，然后查询每个fd对应的设备状态， 但是它没有最大连接数的限制，原因是它是基于链表来存储的.

3. epoll可以理解为event poll，不同于忙轮询和无差别轮询，epoll会把哪个流发生了怎样的I/O事件通知我们。所以我们说epoll实际上是事件驱动（每个事件关联上fd）的，此时我们对这些流的操作都是有意义的。（复杂度降低到了O(1)）

4. select，poll，epoll本质上都是同步I/O，因为他们都需要在读写事件就绪后自己负责进行读写，也就是说这个读写过程是阻塞的，而异步I/O则无需自己负责进行读写，异步I/O的实现会负责把数据从内核拷贝到用户空间。

(二)epoll代码

用epoll实现服务器
t_net.c工具函数，server.c用到了，与epoll无关

#include <t_net.h>

int s_bind(int type, uint16_t port){
	SA4 serv;//具体的ipv4地址结构
	//创建socket设备，返回该设备的文件描述符
	int sfd = socket(AF_INET, type, 0);
	if(-1 == sfd) E_MSG("socket", -1);
	//初始化serv成员
	serv.sin_family = AF_INET;
	serv.sin_port = htons(port);
	serv.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY);
	//将本地地址（ip地址和端口）绑定到socket设备sfd
	int b = bind(sfd, (SA *)&serv, sizeof(serv));
	if(-1 == b) E_MSG("bind", -1);
	//将sfd设置为被动连接状态。监听客户端连接的请求,将客户端到来的连接请求放入到未决连接队列中
	return sfd;
}

int s_listen(int type, uint16_t port, int backlog){
	int fd = s_bind(type, port);
	if(-1 == fd) return -1;
	int lis = listen(fd, backlog);
	if(-1 == lis) E_MSG("listen", -1);
	return fd;
}

//不保存客户端IP地址和端口号
int n_accept(int fd){
	int cfd = accept(fd, NULL, NULL);
	if(-1 == cfd) E_MSG("accept", -1);
	return cfd;
}

//输出客户端IP地址和端口号
int h_accept(int fd){
	SA4 cli;
	char IP[32];
	socklen_t len = sizeof(SA4);
	int cfd = accept(fd, (SA *)&cli, &len);
	if(-1 == cfd) E_MSG("accept", -1);
	printf("ip:%s\n", inet_ntop(AF_INET, &cli.sin_addr, IP, 32));
	return cfd;
}

 
server.c服务器代码,epoll具体使用流程

#include <unistd.h>
#include <t_net.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <signal.h>
#include <string.h>
#include <ctype.h>
#include <sys/epoll.h>

int events_handle(int, struct epoll_event *);

int main(void){
	//创建一个epoll实例
	int epfd = epoll_create(4);
	if(-1 == epfd) E_MSG("epoll_create", -1);
	//创建socket设备，返回该设备的文件描述符
	//绑定到4466端口
	int sfd = s_listen(SOCK_STREAM, 4466, 5);
	if(-1 == sfd) return -1;
	//将sfd添加到epoll中
	//sfd的哪个事件需要代理
	struct epoll_event ev;
	ev.events = EPOLLIN;
	ev.data.fd = sfd;
	int v = epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, sfd, &ev);
	if(-1 == v) E_MSG("epoll_ctl", -1);
	struct epoll_event events[100];
	printf("accept...\n");
	while(1){
		//EPOLL等待事件的发生
		int maxfd = epoll_wait(epfd, events, 100, -1);
		if(-1 == maxfd) E_MSG("epoll_wait", -1);
		//有监测的事件的发生，maxfd代表有多少个事件
		for(int i=0; i<maxfd; i++){
			if(events[i].data.fd == sfd){
				//说明未决连接队列非空
				int cfd = h_accept(sfd);
				if(-1 == cfd) return -1;
				//将连接描述符添加到epoll
				ev.events = EPOLLIN;
				ev.data.fd = cfd;
				v = epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, cfd, &ev);
				if(-1 == v) E_MSG("epoll_ctl", -1);
			}else{//有客户端请求i/o的到来		
				events_handle(epfd, &events[i]);
			}
		}
	}
	return 0;
}


int events_handle(int epfd, struct epoll_event *ev){
	char buf[1024];
	int fd = ev->data.fd;
	int r = read(fd, buf, 1024);
	//处理客户端的信息
	for(int i=0; i<r; i++)
		buf[i] = toupper(buf[i]);
	write(fd, buf, r);
	if(!strcmp(buf, "BYEBYE")){
		epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, fd, ev);
		close(fd);
	}
	return 0;
}

 
client.c客户端代码

#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <t_net.h>

int main(int argc, char *argv[]){
	char buf[128];
	char msg[128];
	SA4 serv;
	//创建一个通讯端点，返回该设备的文件描述符
	int fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if(-1 == fd) E_MSG("socket", -1);
	//初始化serv的成员
	serv.sin_family = AF_INET;
	serv.sin_port = htons(4466);
	//127.0.0.1 text--->binary
	inet_pton(AF_INET, argv[1], &serv.sin_addr);

	//使用fd设备向服务器发起连接
	int c = connect(fd, (SA *)&serv, sizeof(serv));
	if(-1 == c) E_MSG("connect", -1);
	//到这里，已经和服务器建立了连接
	//向服务器发送请求信息
	while(1){
		char *tmp = fgets(msg, sizeof(msg), stdin);
		if(strlen(tmp) == sizeof(msg)-1 && tmp[sizeof(msg)-2] != '\n'){
			scanf("%*[^\n]");
			scanf("%*c");
		}
		tmp[strlen(msg)-1] = '\0';
		int count = write(fd, msg, strlen(msg)+1);
		if(-1 == count) E_MSG("write", -1);
		//阻塞等待服务器的响应消息
		//将响应结果存放到buf
		int r = read(fd, buf, 128);
		//处理响应结果,将得到的字符串输出到屏幕
		if(!strcmp(buf, "BYEBYE")) break;
		count = write(1, buf, r);
		if(-1 == count) E_MSG("write", -1);
		printf("\n");
	}
	//关闭本次连接
	close(fd);
	return 0;
}