IO多路复用之epoll

epoll同select，poll等，都是IO多路复用的一种方式，但是性能上远超前面两个。
以select为例，select监听多个文件描述符的时候，当其中某些文件描述符有事件发生，select需要我们自己去轮询，也就是从头到尾扫描所有文件描述符(下面简称fd)，看是哪一个被置位，这种情况下效率是比较低的。
并且，select和poll的实现均存在拷贝的过程，也就是执行的时候，需要把 fd 集合从用户态拷贝到内核态，这个开销在 fd 很多时会很大，会使得用户空间和内核空间在拷贝时复制开销大。
但是epoll就解决了这个问题，在用户空间和内核空间中，存在一个共享内存区，有事件发生的fd会进入到就绪链表中，通过epoll_wait的返回值，可以确定有事件发生的所有fd数量，我们只需要遍历这些fd并进行数据交互即可，省去了轮询的时间花费。
然后，epoll没有最大并发连接的限制，上限是最大可以打开文件的数目（一般远大于2048），一般跟系统内存关系很大。linux下具体数目可以cat /proc/sys/fs/file-max查看。

下面看一下epoll的主要接口：



下面写一个epoll的简易服务器模型：

#include <iostream>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/time.h>
#include <netinet/in.h> 
#include <sys/epoll.h>

using namespace std;


int main(){
    int listenfd;  
    listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); 

    struct sockaddr_in servaddr;
    memset(&servaddr,0,sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;  
    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);  
 
    servaddr.sin_port = htons(5000); 

    if (bind(listenfd,(struct sockaddr *)&servaddr,sizeof(servaddr)) != 0){ 
        perror("bind");
        close(listenfd);
        return -1; 
    }   
    cout<<"绑定端口成功"<<endl; 

    if (listen(listenfd,5) != 0){ 
        perror("listen");
        close(listenfd);
        return -1;
    }
    cout<<"开监听"<<endl<<endl;


    int epfd = epoll_create(5);  //参数为可容纳的fd数量
    if(epfd == -1) {
       perror("epfd");
       exit(-1);
    }

    struct epoll_event ev; //epoll_event结构体，包含events和data
    struct epoll_event Events[5];  //用于epoll_wait，共享内存区，存放fd

    ev.events = EPOLLIN;  //监听可读的fd
    ev.data.fd = listenfd;  //data是个联合体,用到它的第二个参数-fd

    int ret = epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, listenfd, &ev);  //add一个fd

    if(ret < 0){
       perror("epoll_ctl");
       exit(-1);
    }
    while(1) {
        ret = epoll_wait(epfd, Events, 5, -1);  //最后一个参数-1表示阻塞
        if (ret == -1) {   //ret 返回所有 有数据来的fd个数
           perror("epoll_wait");
           exit(-1);
        }

        for (int i = 0; i < ret; ++i){
            if (Events[i].data.fd == listenfd){
               //有客户端发起连接
               int clientfd = accept(listenfd, 0, 0); //把连接socket放进去   
               if (clientfd < 0) {
                  perror("accept");
                  exit(-1);
               }
               cout << "客户端socket = " << clientfd << "已连接上。" << endl;

               //为新的fd注册事件,下次有数据来 它就会自己通知进程
               ev.data.fd = clientfd;
               ev.events = EPOLLIN;
               int ret = epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, clientfd, &ev);  //add一个fd
               if (ret < 0){
                  perror("epoll_ctl");
                  exit(-1);
               }
            }
            
            else{
                if (Events[i].events & EPOLLIN) {
                  //如果事件可读
                  char strbuffer[32];
                  memset(strbuffer,0,sizeof(strbuffer));

                  ret = recv(Events[i].data.fd, strbuffer, sizeof(strbuffer), 0);

                  if (ret == 0) {
                     cout<<" 客户端" << Events[i].data.fd << "已经退出！" <<endl;
                     //注销事件
                     ev.data.fd = Events[i].data.fd;
                     ev.events = EPOLLIN;
                     int ret = epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, Events[i].data.fd, &ev);  //注销一个fd
                     if(ret < 0) {
                        perror("epoll_ctl");
                     }
                     continue;
                  }

                  else if (ret > 0) {
                     cout<<"收到客户端"<<Events[i].data.fd << ": "<<strbuffer<<endl;

                     //发送数据
                     memset(strbuffer, 0, sizeof(strbuffer));
                     strcpy(strbuffer, "我收到了！");

                     if (send(Events[i].data.fd, strbuffer, strlen(strbuffer), 0) < 0) {
                         perror("send");
                         continue;
                     }
                     cout << "发送: "<< strbuffer << endl << endl;
                     memset(strbuffer,0,sizeof(strbuffer));
                 }
              }
           }
        }
     }
     return 0;
}