多路IO—POll函数，epoll服务器开发流程

news2025/1/18 8:54:15

引言

"在计算机网络编程中，多路IO技术是非常常见的一种技术。其中，Poll函数和Epoll函数是最为常用的两种多路IO技术。这两种技术可以帮助服务器端处理多个客户端的并发请求，提高了服务器的性能。本文将介绍Poll和Epoll函数的使用方法，并探讨了在服务器开发中使用这两种技术的流程和注意事项。"

 

poll函数介绍

int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);

（man poll 调用）

函数说明: 跟select类似, 委托内核监控可读, 可写, 异常事件

函数参数:

fds: 一个struct pollfd结构体数组的首地址

    struct pollfd {

      int fd;//要监控的文件描述符,如果fd为-1, 表示内核不再监控

     short events; //输入参数, 表示告诉内核要监控的事件, 读事件, 写事件, 异常事件 

     short revents;//输出参数, 表示内核告诉应用程序有哪些文件描述符有事件发生   

    };

events/revents:

 POLLIN:可读事件，让内核监控读事件就要写这个

 POLLOUT: 可写事件，缓冲区未满就可写

 POLLERR: 异常事件

nfds: 告诉内核监控的范围, 具体是: 数组下标的最大值+1

timeout:

=0: 不阻塞, 立刻返回

-1: 表示一直阻塞, 直到有事件发生

>0: 表示阻塞时长, 在时长范围内若有事件发生会立刻返回;

  如果超过了时长也会立刻返回

函数返回值:

>0: 发生变化的文件描述符的个数

=0: 没有文件描述符发生变化

-1: 表示异常

poll函数开发流程

1 创建socket ，得到监听文件描述符，lfd ----- socket();

2 设置端口复用----------setsockopt()

3 绑定 ------ bind()

4

struct pollfd client[1024]; 

client[0].fd = lfd;      // 放在哪都行，放在最俩头方便使用

client[0].events = POLLIN;  //监控读事件，如果也让其监控可写事件，用或

// 设置为fd 为-1 ，表示内核不在监控，这是一个初始化

int maxi = 0;   //  定义最大数组下标

for(int i = 0;i < 1024;i  ++)

{

        client[i].fd = -1;

}

//委托内核持续监控

k= 0;

while(1)

{

      nready = poll(client,maxi + 1,-1);
     //异常情况

     if(nready < 0 )

     {

            if(error == EINTR)

            {

                   continue;

            }
            break;

     }

     if(client[0].revents = POLLIN)

    {

          //接受新的客户端连接

         k ++;

          cfd  = Accept(lfd,NULL,NULL);

          /*继续委托内核监听事件

         寻找在client 数组中可用位置*/

          for(i  = 0;i < 1024;i ++ )

         {

                 if(client[i ].fd ==-1 )

                {

                        client.fd[i] =  cfd;

                        client.fd[i] = POLLIN;

                         break;

                }

          }

         //客户端连接数达到最大值

          if(i == 1024)

          {

                 close(cfd);

                  continue;   //退出，可能会有客户端连接退出，方便继续寻找

           }

          //修改client 数组下标最大值 

           if(maxi < i )

                maxi = i;

           if(--nready == 0 )

               continue;

    }

    //下面是有客户端发送数据的情况

     for(i = 1;i <=  maxi;i ++）

    {

         //如果client数组中fd 为-1，表示已经不再让内核监控了

          if(client[i].fd == -1)

               continue;



          if(client[i].revents == POLLIN)

          {

                 sockfd =  client[i].fd;

                 memset(buf,0x00,sizeof(buf));

                  //read 数据

                  n  =  Read(sockfd, buf,sizeof(buf));

                  if(n <= 0)

                  {

                         printf("read error or client closed,n =[%d]\n",n);

                          close(sockfd);

                          client[i].fd = -1;    //告诉内核不再监控

             

                  }

                  else 
                  {

                             printf("read error,n == [%d],buf==[%s]\n,"n,buf);

                            //发送数据给客户端

                            Write（sockfd,buf,n);

                   }

                    if(--nready == 0 )

                    {

                           break;

                     }

           }

     }

     close(lfd);

}

多路IO-epoll     （重点）

将检测文件描述符的变化委托给内核去处理, 然后内核将发生变化的文件描述符对应的
事件返回给应用程序.

头文件

#include <sys/epoll.h>

函数

int epoll_create(int size) 

函数说明：创建一棵poll树，返回一个数根节点

函数参数：size：必须传一个大于0的数

返回值：返回个文件描述符，这个文件描述符就表示epoll树的树根节点

int  epoll_ctl(int epfd,int op,int fd,struct epoll_event *event)

函数说明：将fd上的epoll树，从树上删除和修改

函数参数： 

               epfd：epoll树的树根节点

op：

               EPOLL_CTL_ADD: 添加事件节点到树 上
               EPOLL_CTL_DEL: 从树上删除事件节点
               EPOLL_CTL_MOD: 修改树上对应的事件节点

fd：要操做的文件描述符

event ：
        event.events 常用的有:
              EPOLLIN: 读事件
              EPOLLOUT: 写事件   
              EPOLLERR: 错误事件
              EPOLLET: 边缘触发模式


event.fd: 要监控的事件对应的文件描述符

typedef union epoll_data{

         void  *ptr;

          int     fd;

          uint32_t  u32;

          uint64_t  u64;

 }epoll_data_t;

struct epoll_event{

       uint32  events;    / *  Epoll events */

        epoll_data data;      /* User data variable */

};

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);

函数说明:等待内核返回事件发生

参数说明:

      epfd: epoll树根

      events: 传出参数, 其实是一个事件结构体数组

      maxevents: 数组大小

timeout:

      -1: 表示永久阻塞

      0: 立即返回

      >0: 表示超时等待事件

返回值:

成功: 返回发生事件的个数

失败: 若timeout=0, 没有事件发生则返回; 返回-1, 设置errno值,

使用epoll 模型开发服务器流程

       1：创建socket,得到监听文件描述符lfd ---- socket()

       2:  设置端口复用 -----  setsockopt()

       3:  绑定 ------ bind()

       4:  监听 -------- listen() 

       5.  创建一棵epoll树      

开发完整的代码

//EPOLL 模型测试
#include "wrap.h"
#include <sys/epoll.h> 
#include <ctype.h>
int main()
{
	int ret;
	int n;
	int nready;
	int lfd;
	int cfd;
	int sockfd;
	char buf[1024];
	socklen_t  socklen;
	struct sockaddr_in svraddr;
	struct epoll_event ev;
	struct epoll_event events[1024];
	int k;
	int i;
	
	//创建socket
	lfd = Socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
	
	//设置文件描述符为端口复用
    int opt = 1;
    setsockopt(lfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&opt,sizeof(int));
    
    //绑定
    svraddr.sin_family = AF_INET;
	svraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
	svraddr.sin_port = htons(8888);
	Bind(lfd,(struct sockaddr *)&svraddr,sizeof(struct sockaddr_in));
	
	//Listen
	Listen(lfd,128);
	
	//创建一棵epoll树
	int epfd = epoll_create(1024);
	if(epfd < 0 )
	{
		perror("create epoll error");
		return -1;
	} 
	
	ev.data.fd = lfd;
	ev.events = EPOLLIN;
	epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,lfd,&ev);   //lfd 对应的事件节点上树
	
	while(1)
	{
		nready = epoll_wait(epfd,events,1024,-1);  //等待内核返回事件 
		if(nready < 0)
		{
			perror("epoll_wait error");
			if(nready == EINTR)   //判断是否收到了中断信号 
			{
				continue;
			}
			break;
		}
		for(i = 0;i < nready;i ++)   //小于发生事件的个数 
		{
			//有客户端连接发来请求 
			sockfd = events[i].data.fd;
			if(sockfd == lfd)        
			{
				cfd = Accept(lfd,NULL,NULL);
				ev.data.fd = cfd;
				ev.events = EPOLLIN;
				epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,cfd,&ev);
			}
			//有客户端发送数据过来
			else {
				memset(buf,0x00,sizeof(buf));
	        	n = Read(sockfd,buf,sizeof(buf));
				if(n <= 0)
				{
					close(sockfd);
					epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_DEL,sockfd,NULL); //把sockfd从epfd树上删除 
				} 
				else 
				{
					for(k = 0;k < n;k ++)
					{
						buf[k] = toupper(buf[k]);  //返回大写 
					}
					Write(sockfd,buf,n);
				}
			}
			
		}
	}
	close(epfd);
	close(lfd);
	return 0;
}

epoll 的两种模式 ET 和 LT 模式
 

epoll 的LT模式：

     epoll 默认情况是LT模式，在这种情况下，如果读数据一次性没有读完，

     缓冲区还有可读数据，则epoll_wait还会再次通知。

epoll 的ET模式：

    如果将epoll设置为ET模式，若读数据的时候一次性没有读完，则epoll_wait不再通知

    直到下次有新的数据

用ET模式下，为了防止第二个客户端可以正常连接，并且发送数据，需要将socket设置为非阻塞模式

ET设置了非阻塞模式是因为使用了边缘触发模式（EPOLLET）。在边缘触发模式下，当有数据可读时，只会触发一次EPOLLIN事件，如果该次读取没有将缓冲区中的数据全部读取完毕，下次还是会触发EPOLLIN事件。因此，为了保证每次读取完整的数据，需要将socket设置为非阻塞模式，避免在缓冲区没有全部读取完毕时进行阻塞。

代码：

//EPOLL 模型测试 ET
#include "wrap.h"
#include <sys/epoll.h> 
#include <ctype.h>
#include <fcntl.h> 
int main()
{
	int ret;
	int n;
	int nready;
	int lfd;
	int cfd;
	int sockfd;
	char buf[1024];
	socklen_t  socklen;
	struct sockaddr_in svraddr;
	struct epoll_event ev;
	struct epoll_event events[1024];
	int k;
	int i;
	
	//创建socket
	lfd = Socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
	
	//设置文件描述符为端口复用
    int opt = 1;
    setsockopt(lfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&opt,sizeof(int));
    
    //绑定
    svraddr.sin_family = AF_INET;
	svraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
	svraddr.sin_port = htons(8888);
	Bind(lfd,(struct sockaddr *)&svraddr,sizeof(struct sockaddr_in));
	
	//Listen
	Listen(lfd,128);
	
	//创建一棵epoll树
	int epfd = epoll_create(1024);
	if(epfd < 0 )
	{
		perror("create epoll error");
		return -1;
	} 
	
	ev.data.fd = lfd;
	ev.events = EPOLLIN;
	epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,lfd,&ev);   //lfd 对应的事件节点上树
	
	while(1)
	{
		nready = epoll_wait(epfd,events,1024,-1);  //等待内核返回事件 
		if(nready < 0)
		{
			perror("epoll_wait error");
			if(nready == EINTR)   //判断是否收到了中断信号 
			{
				continue;
			}
			break;
		}
		for(i = 0;i < nready;i ++)   //小于发生事件的个数 
		{
			//有客户端连接发来请求 
			sockfd = events[i].data.fd;
			if(sockfd == lfd)        
			{
				cfd = Accept(lfd,NULL,NULL);
				ev.data.fd = cfd;
				ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;  //
				epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,cfd,&ev);
				
				//将cfd设置为非阻塞模式
				int flag = fcntl(cfd, F_GETFL);
                flag |= O_NONBLOCK;   //O_NONBLOCK（非阻塞）标志位置为1。
                fcntl(cfd, F_SETFL, flag);
			}
			//有客户端发送数据过来
			else {
				
				memset(buf,0x00,sizeof(buf));
				while(1)
				{
					n = Read(sockfd,buf,sizeof(buf));
					printf("n == [%d]\n",n);
					
					if(n == -1)
					{
						printf("read over,n == [%d]\n",n);
						break;
					}
					if(n < 0 || (n <0 && n!=-1))    //对方关闭连接，或者异常的情况 
					{
						printf("n == [%d],buf == [%s]\n",n,buf);
						close(sockfd);
						epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_DEL,sockfd,NULL); //把sockfd从epfd树上删除 
						break;
					} 
					else 
					{
						printf("n == [%d],buf == [%s]\n",n,buf);
						for(k = 0;k < n;k ++)
						{
							buf[k] = toupper(buf[k]);  //返回大写 
						}
						Write(sockfd,buf,n);
					}
				}
	        	
			}
			
		}
	}
	close(epfd);
	close(lfd);
	return 0;
}

图解epoll反应堆流程

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