Linux 高并发服务器—— epoll 实现

1.epoll 原理

epoll 相对于select和poll来说，没有描述符限制，所以在高并发处理当中是真正意义上的高并发。select和poll采用的是轮询的方式监听事件以及文件描述符，为了避免因为访问量过大导致轮询机制的低效率，设定了1024的描述符监听上限。epoll采用的是客户端注册、事件监听分别独立的管理方式，分别用了一颗存储监听文件描述符的红黑树和一个存储相关读、写、异常等事件的链表结构来实现，这样就很好的避免内核可能会大量的通过遍历去寻找需要响应的事件，从而直接从事件存储链表当中去寻找，这样就大大的提高了效率。

epoll主要接口函数以及内容如下：

int epoll_create(int size);
/*创建一颗最大容量为size的红黑树存储结构，返回文件描述符epfd,即根节点*/
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
/*增添或者删除红黑树上的fd节点，以及对监听事件进行修改
		   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efd中删除一个fd；
         第三个参数是需要监听的fd，
         第四个参数是struct epoll_event 结构体，里面包含了事件类型，data阈（void *ptr,可设置为call_back回调函数） 
		*/
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
/*阻塞等待监听事件的发生，返回发生的事件的数量，并将发生事件的fd 存放进链表，以便后续的直接遍历。
		第一个参数：红黑树根节点
		第二个参数：events 链表，用来存储事件响应的节点信息
		第三个参数：最大容量
		第四各参数：时间阻塞函数
		timeout = -1表示调用将一直阻塞，直到有文件描述符进入ready状态或者捕获到信号才返回；
		timeout = 0用于非阻塞检测是否有描述符处于ready状态，不管结果怎么样，调用都立即返回；
		timeout > 0表示调用将最多持续timeout时间，如果期间有检测对象变为ready状态或者捕获到信号则返回，否则直到超时。*/

以下是一个简要的利用epoll机制编写的服务器，能够实现高并发的功能。

#include <sys/socket.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<ctype.h>
#include<unistd.h>
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<strings.h>
#include<sys/wait.h>
#include<fcntl.h>
#include<errno.h>
#include<sys/epoll.h>
#include<time.h>
#include<sys/stropts.h>
#include"wrap.h"
#define MAXSIZE 1024
#define SERV_IP "127.0.0.1"
#define SERV_PORT 6666
//"192.168.32.30"
#define OPEN_MAX 5000	
int main(void)
{
		int i,j,n;
		ssize_t nready,efd,res;
		char buf[MAXSIZE],str[INET_ADDRSTRLEN];////INET_ADDRSTRLEN 16,存放IP
		int listenfd,connectfd,socketfd;
		socklen_t clie_addr_len,serv_addr_len;   
		
		struct epoll_event tep,ep[OPEN_MAX];//定义epoll_event结构体  
		/*
		struct epoll_event
			{
			  uint32_t events;  
			  epoll_data_t data;   
			} ;
			
			data {fd，u32,u64,void *ptr}
			void *ptr;
		*/
		struct sockaddr_in serv_addr , clie_addr;
		listenfd =  Socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);	
		int opt = 1 ;
       setsockopt(listenfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&opt,sizeof(opt));//端口复用函数，，，
		bzero(&serv_addr,sizeof(serv_addr));//地址结构初始化
		serv_addr.sin_family = AF_INET;//ipv4
		serv_addr.sin_port = htons(SERV_PORT);
		serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);	//inet_pton(AF_INET,"192.168.32.30",&serv_addr.sin_addr.s_addr);
		serv_addr_len = sizeof(serv_addr);
		Bind(listenfd, (struct sockaddr*)&serv_addr, serv_addr_len);
		Listen(listenfd,128);
		printf("wait for client connect::\n");
		
		efd = epoll_create(OPEN_MAX);//返回值 -1 失败 
		/*创造一颗红黑树，efd为根节点，epoll通过红黑树存储结构来存储 监听文件描述符的集合
		红黑树 每个节点 添加用 epoll_ctl函数，添加fd (是一个结构体，里面包含了fd、void *ptr)
		*/
		if(efd == -1)
		{
			perr_exit("epoll_create error");
		}
		tep.events = EPOLLIN;
		tep.data.fd = listenfd;
		res = epoll_ctl(efd,EPOLL_CTL_ADD,listenfd,&tep);//把 tep 结构体加载到efd 红黑树节点上
		/*
		   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efd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件，struct epoll_event： 
		*/
		if(res == -1)
		{
			perr_exit("epoll_ctl error");
		}
		while(1)	
		{
			nready = epoll_wait(efd,ep,OPEN_MAX,-1);
			/*参数1：epoll_create()的返回值
			  参数2：ep 是 epoll_event 类型数组
			  参数3：类型数组的容量
			  参数4；time参数 -1 阻塞监听 
			  返回整型值。
			*/
			if(nready == -1)
			{
				perr_exit("epoll_wait error");
			}
			for(i = 0;i < nready ;i++)
			{
				if(!(ep[i].events & EPOLLIN))//如果非读事件，继续循环
					          continue;
				if(ep[i].data.fd == listenfd)//监听是有否新的请求
				{
					clie_addr_len = sizeof(clie_addr);
					connectfd = Accept(listenfd,(struct sockaddr*)&clie_addr,&clie_addr_len);
					printf("recevied from %s at PORT %d ",		
			        inet_ntop(AF_INET,&clie_addr.sin_addr.s_addr,str,sizeof(str)),
					ntohs(clie_addr.sin_port));//打印客户端的信息
					printf("connectfd =  %d   client = %d \n",connectfd,++num);
                 
					tep.events = EPOLLIN;
					tep.data.fd = connectfd;
				 
					res = epoll_ctl(efd,EPOLL_CTL_ADD,connectfd,&tep);
				  
					if(res == -1)
						perr_exit("epoll_ctl error");
				 
				}
				else//读事件的发生
				{
					 socketfd = ep[i].data.fd;
					 n = Read(socketfd,buf,MAXSIZE);
					 
					 if(n == 0)//读到0，表示客户端关闭连接 ？？？？？？？
					 {
						  res = epoll_ctl(efd,EPOLL_CTL_DEL,socketfd,NULL);//将 文件从红黑树上删除
						  if(res == -1)
						  {
							  perr_exit("epoll_ctl error");
						  }
						  Close(socketfd);
						  printf("client[%d] closed connection\n",socketfd);
					 }
					 else if(n < 0)
					 {
						 perror("error read n < 0 ");
						 res = epoll_ctl(efd,EPOLL_CTL_DEL,socketfd,NULL);
						 Close(socketfd);
					 }
					 else
					 {
						 for(i = 0;i < n;i++)
						 {
							 buf[i] = toupper(buf[i]);
						 }
						 Write(socketfd,buf,n);
						 Write(STDOUT_FILENO,buf,n);
					 }
				}
			}
		}
	Close(listenfd);
	Close(efd);
		return 0;		
}