IO多路复用：select、poll、epoll示例

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一、IO多路复用

所谓IO多路复用，就是通过一种机制，一个进程可以监视多个描述符，一旦某个描述符就绪（一般是读就绪或者写就绪），能够通知程序进行相应的读写操作。

Linux支持IO多路复用的系统调用有select、poll、epoll，这些调用都是内核级别的。但select、poll、epoll本质上都是同步I/O，先是block住等待就绪的socket，再是block住将数据从内核拷贝到用户内存。

当然select、poll、epoll之间也是有区别的，如下表：

\	select	poll	epoll
操作方式	遍历	遍历	回调
底层实现	数组	链表	哈希表
IO效率	每次调用都进行线性遍历，时间复杂度为O(n)	每次调用都进行线性遍历，时间复杂度为O(n)	事件通知方式，每当fd就绪，系统注册的回调函数就会被调用，将就绪fd放到rdllist里面。时间复杂度O(1)
最大连接数	1024（x86）或 2048（x64）	无上限	无上限
fd拷贝	每次调用select，都需要把fd集合从用户态拷贝到内核态	每次调用poll，都需要把fd集合从用户态拷贝到内核态	调用epoll_ctl时拷贝进内核并保存，之后每次epoll_wait不拷贝

二、select示例

2.1 流程图

注：摘自IBM iSeries 信息中心。

2.2 相关函数

#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>

int select(int max_fd, fd_set *readset, fd_set *writeset, fd_set *exceptset, struct timeval *timeout)

1. 该select()函数返回就绪描述符的数目，超时返回0，出错返回-1

2. 第一个参数max_fd指待测试的fd个数，它的值是待测试的最大文件描述符加1，文件描述符从0开始到max_fd-1都将被测试。

3. 中间三个参数readset、writeset和exceptset指定要让内核测试读、写和异常条件的fd集合，如果不需要测试可以设置为NULL。操作fd_set有四个宏：

   • void FD_ZERO(fd_set *fdset)：清空集合
   • void FD_SET(int fd, fd_set *fdset)：将一个给定的文件描述符加入集合之中
   • void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset)：将一个给定的文件描述符从集合中删除
   • int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset)：判断指定描述符是否在集合中

4. timeout是指 select 的等待时长，如果这段时间内所监听的 socket 没有事件就绪，超时返回。

2.3 示例程序

这里写一个程序，Client向Server发送消息，Server接收消息并原样发送给Client，Client再把消息输出到终端。

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/*************************************************************************
    > File Name: server.cpp
    > Author: SongLee
    > E-mail: [email protected]
    > Created Time: 2016年04月28日 星期四 22时02分43秒
    > Personal Blog: http://songlee24.github.io/
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#include<netinet/in.h>   // sockaddr_in
#include<sys/types.h>    // socket
#include<sys/socket.h>   // socket
#include<arpa/inet.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/select.h>   // select
#include<sys/ioctl.h>
#include<sys/time.h>
#include<iostream>
#include<vector>
#include<string>
#include<cstdlib>
#include<cstdio>
#include<cstring>
using namespace std;
#define BUFFER_SIZE 1024

struct PACKET_HEAD
{
    int length;
};

class Server
{
private:
    struct sockaddr_in server_addr;
    socklen_t server_addr_len;
    int listen_fd;    // 监听的fd
    int max_fd;       // 最大的fd
    fd_set master_set;   // 所有fd集合，包括监听fd和客户端fd   
    fd_set working_set;  // 工作集合
    struct timeval timeout; 
public:
    Server(int port);
    ~Server();
    void Bind();
    void Listen(int queue_len = 20);
    void Accept();
    void Run();
    void Recv(int nums);
};

Server::Server(int port)
{
    bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY);
    server_addr.sin_port = htons(port);
    // create socket to listen
    listen_fd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(listen_fd < 0)
    {
        cout << "Create Socket Failed!";
        exit(1);
    }
    int opt = 1;
    setsockopt(listen_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));
}

Server::~Server()
{
    for(int fd=0; fd<=max_fd; ++fd)
    {
        if(FD_ISSET(fd, &master_set))
        {
            close(fd);
        }
    }
}

void Server::Bind()
{
    if(-1 == (bind(listen_fd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr))))
    {
        cout << "Server Bind Failed!";
        exit(1);
    }
    cout << "Bind Successfully.\n"; 
}

void Server::Listen(int queue_len)
{
    if(-1 == listen(listen_fd, queue_len))
    {
        cout << "Server Listen Failed!";
        exit(1);
    }
    cout << "Listen Successfully.\n";
}

void Server::Accept()
{
    struct sockaddr_in client_addr;
    socklen_t client_addr_len = sizeof(client_addr);

    int new_fd = accept(listen_fd, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_addr_len);
    if(new_fd < 0)
    {
        cout << "Server Accept Failed!";
        exit(1);
    }

    cout << "new connection was accepted.\n";
    // 将新建立的连接的fd加入master_set
    FD_SET(new_fd, &master_set);
    if(new_fd > max_fd)
    {
        max_fd = new_fd;
    }
}   

void Server::Run()
{
    max_fd = listen_fd;   // 初始化max_fd
    FD_ZERO(&master_set);
    FD_SET(listen_fd, &master_set);  // 添加监听fd

    while(1)
    {
        FD_ZERO(&working_set);
        memcpy(&working_set, &master_set, sizeof(master_set));

        timeout.tv_sec = 30;
        timeout.tv_usec = 0;

        int nums = select(max_fd+1, &working_set, NULL, NULL, &timeout);
        if(nums < 0)
        {
            cout << "select() error!";
            exit(1);
        }

        if(nums == 0)
        {
            //cout << "select() is timeout!";
            continue;
        }

        if(FD_ISSET(listen_fd, &working_set))
            Accept();   // 有新的客户端请求
        else
            Recv(nums); // 接收客户端的消息
    }
}

void Server::Recv(int nums)
{
    for(int fd=0; fd<=max_fd; ++fd)
    {
        if(FD_ISSET(fd, &working_set))
        {
            bool close_conn = false;  // 标记当前连接是否断开了

            PACKET_HEAD head;
            recv(fd, &head, sizeof(head), 0);   // 先接受包头，即数据总长度

            char* buffer = new char[head.length];
            bzero(buffer, head.length);
            int total = 0;
            while(total < head.length)
            {
                int len = recv(fd, buffer + total, head.length - total, 0);
                if(len < 0)
                {
                    cout << "recv() error!";
                    close_conn = true;
                    break;
                }
                total = total + len;
            }

            if(total == head.length)  // 将收到的消息原样发回给客户端
            {
                int ret1 = send(fd, &head, sizeof(head), 0);
                int ret2 = send(fd, buffer, head.length, 0);
                if(ret1 < 0 || ret2 < 0)
                {
                    cout << "send() error!";
                    close_conn = true;
                }
            }

            delete buffer;

            if(close_conn)  // 当前这个连接有问题，关闭它
            {
                close(fd);
                FD_CLR(fd, &master_set);
                if(fd == max_fd)  // 需要更新max_fd;
                {
                    while(FD_ISSET(max_fd, &master_set) == false)
                        --max_fd;
                }
            }
        }
    }   
}

int main()
{
    Server server(15000);
    server.Bind();
    server.Listen();
    server.Run();
    return 0;
}

/*************************************************************************
    > File Name: client.cpp
    > Author: SongLee
    > E-mail: [email protected]
    > Created Time: 2016年04月28日 星期四 23时10分15秒
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#include<netinet/in.h>   // sockaddr_in
#include<sys/types.h>    // socket
#include<sys/socket.h>   // socket
#include<arpa/inet.h>
#include<sys/ioctl.h>
#include<unistd.h>
#include<iostream>
#include<string>
#include<cstdlib>
#include<cstdio>
#include<cstring>
using namespace std;
#define BUFFER_SIZE 1024

struct PACKET_HEAD
{
    int length;
};

class Client 
{
private:
    struct sockaddr_in server_addr;
    socklen_t server_addr_len;
    int fd;
public:
    Client(string ip, int port);
    ~Client();
    void Connect();
    void Send(string str);
    string Recv();
};

Client::Client(string ip, int port)
{
    bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    if(inet_pton(AF_INET, ip.c_str(), &server_addr.sin_addr) == 0)
    {
        cout << "Server IP Address Error!";
        exit(1);
    }
    server_addr.sin_port = htons(port);
    server_addr_len = sizeof(server_addr);
    // create socket
    fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(fd < 0)
    {
        cout << "Create Socket Failed!";
        exit(1);
    }
}

Client::~Client()
{
    close(fd);
}

void Client::Connect()
{
    cout << "Connecting......" << endl;
    if(connect(fd, (struct sockaddr*)&server_addr, server_addr_len) < 0)
    {
        cout << "Can not Connect to Server IP!";
        exit(1);
    }
    cout << "Connect to Server successfully." << endl;
}

void Client::Send(string str)
{
    PACKET_HEAD head;
    head.length = str.size()+1;   // 注意这里需要+1
    int ret1 = send(fd, &head, sizeof(head), 0);
    int ret2 = send(fd, str.c_str(), head.length, 0);
    if(ret1 < 0 || ret2 < 0)
    {
        cout << "Send Message Failed!";
        exit(1);
    }
}

string Client::Recv()
{
    PACKET_HEAD head;
    recv(fd, &head, sizeof(head), 0);

    char* buffer = new char[head.length];
    bzero(buffer, head.length);
    int total = 0;
    while(total < head.length)
    {
        int len = recv(fd, buffer + total, head.length - total, 0);
        if(len < 0)
        {
            cout << "recv() error!";
            break;
        }
        total = total + len;
    }
    string result(buffer);
    delete buffer;
    return result;
}

int main()
{
    Client client("127.0.0.1", 15000);
    client.Connect();
    while(1)
    {
        string msg;
        getline(cin, msg);
        if(msg == "exit")
            break;
        client.Send(msg);
        cout << client.Recv() << endl;  
    }
    return 0;
}

对上述程序的一些说明：

• 监听socket也由select来轮询，不需要单独的线程；
• working_set每次都要重新设置，因为select调用后它所检测的集合working_set会被修改；
• 接收很长一段数据时，需要循环多次recv。但是recv函数会阻塞，可以通过自定义包头（保存数据长度）。

三、poll示例

3.1 基本原理

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，如果设备就绪则在设备等待队列中加入一项并继续遍历，如果遍历完所有fd后没有发现就绪设备，则挂起当前进程，直到设备就绪或者主动超时，被唤醒后它又要再次遍历fd。这个过程经历了多次无谓的遍历。

它没有最大连接数的限制，原因是它是基于链表来存储的，但是同样有一个缺点：

• 大量的fd的数组被整体复制于用户态和内核地址空间之间，而不管这样的复制是不是有意义。
• poll还有一个特点是“水平触发”，如果报告了fd后，没有被处理，那么下次poll时会再次报告该fd。

从上面看，select和poll都需要在返回后，通过遍历文件描述符来获取已经就绪的socket。事实上，同时连接的大量客户端在一时刻可能只有很少的处于就绪状态，因此随着监视的描述符数量的增长，其效率也会线性下降。

3.2 相关函数

原型：

#include <poll.h>
int poll(struct pollfd fds[], nfds_t nfds, int timeout)；

参数描述：

1. 该poll()函数返回fds集合中就绪的读、写，或出错的描述符数量，返回0表示超时，返回-1表示出错；
2. fds是一个struct pollfd类型的数组，用于存放需要检测其状态的socket描述符，并且调用poll函数之后fds数组不会被清空；
3. nfds：记录数组fds中描述符的总数量；
4. timeout：调用poll函数阻塞的超时时间，单位毫秒；

其中pollfd结构体定义如下：

typedef struct pollfd {
        int fd;                         /* 需要被检测或选择的文件描述符*/
        short events;                   /* 对文件描述符fd上感兴趣的事件 */
        short revents;                  /* 文件描述符fd上当前实际发生的事件*/
} pollfd_t;

一个pollfd结构体表示一个被监视的文件描述符，通过传递fds[]指示 poll() 监视多个文件描述符，其中：

• 结构体的events域是监视该文件描述符的事件掩码，由用户来设置这个域。
• 结构体的revents域是文件描述符的操作结果事件掩码，内核在调用返回时设置这个域。

events域中请求的任何事件都可能在revents域中返回。合法的事件如下：

常量	说明
POLLIN	普通或优先级带数据可读
POLLRDNORM	普通数据可读
POLLRDBAND	优先级带数据可读
POLLPRI	高优先级数据可读
POLLOUT	普通数据可写
POLLWRNORM	普通数据可写
POLLWRBAND	优先级带数据可写
POLLERR	发生错误
POLLHUP	发生挂起
POLLNVAL	描述字不是一个打开的文件

当需要监听多个事件时，使用POLLIN | POLLRDNORM设置 events 域；当poll调用之后检测某事件是否就绪时，fds[i].revents & POLLIN进行判断。

3.3 示例程序

这里写一个程序，Client向Server发送消息，Server接收消息并原样发送给Client，Client再把消息输出到终端。

#include<netinet/in.h>   // sockaddr_in
#include<sys/types.h>    // socket
#include<sys/socket.h>   // socket
#include<arpa/inet.h>
#include<unistd.h>
#include<poll.h>     // poll 
#include<sys/ioctl.h>
#include<sys/time.h>
#include<iostream>
#include<vector>
#include<string>
#include<cstdlib>
#include<cstdio>
#include<cstring>
using namespace std;
#define BUFFER_SIZE 1024
#define MAX_FD 1000

struct PACKET_HEAD
{
    int length;
};

class Server
{
private:
    struct sockaddr_in server_addr;
    socklen_t server_addr_len;
    int listen_fd;    // 监听的fd
    struct pollfd fds[MAX_FD];    // fd数组，大小为1000
    int nfds;
public:
    Server(int port);
    ~Server();
    void Bind();
    void Listen(int queue_len = 20);
    void Accept();
    void Run();
    void Recv();
};

Server::Server(int port)
{
    bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY);
    server_addr.sin_port = htons(port);
    // create socket to listen
    listen_fd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(listen_fd < 0)
    {
        cout << "Create Socket Failed!";
        exit(1);
    }
    int opt = 1;
    setsockopt(listen_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));
}

Server::~Server()
{
    for(int i=0; i<MAX_FD; ++i)
    {
        if(fds[i].fd >=0)
        {
            close(fds[i].fd);
        }
    }
}

void Server::Bind()
{
    if(-1 == (bind(listen_fd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr))))
    {
        cout << "Server Bind Failed!";
        exit(1);
    }
    cout << "Bind Successfully.\n"; 
}

void Server::Listen(int queue_len)
{
    if(-1 == listen(listen_fd, queue_len))
    {
        cout << "Server Listen Failed!";
        exit(1);
    }
    cout << "Listen Successfully.\n";
}

void Server::Accept()
{
    struct sockaddr_in client_addr;
    socklen_t client_addr_len = sizeof(client_addr);

    int new_fd = accept(listen_fd, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_addr_len);
    if(new_fd < 0)
    {
        cout << "Server Accept Failed!";
        exit(1);
    }

    cout << "new connection was accepted.\n";
    // 将新建立的连接的fd加入fds[]
    int i;
    for(i=1; i<MAX_FD; ++i)
    {
        if(fds[i].fd < 0)
        {
            fds[i].fd = new_fd;
            break;
        }
    }
    // 超过最大连接数
    if(i == MAX_FD)
    {
        cout << "Too many clients.\n";
        exit(1);
    }

    fds[i].events = POLLIN;      // 设置新描述符的读事件
    nfds = i > nfds ? i : nfds;  // 更新连接数
}   

void Server::Run()
{
    fds[0].fd = listen_fd;        // 添加监听描述符
    fds[0].events = POLLIN;
    nfds = 0;

    for(int i=1; i<MAX_FD; ++i)
        fds[i].fd = -1;

    while(1)
    {
        int nums = poll(fds, nfds+1, -1);
        if(nums < 0)
        {
            cout << "poll() error!";
            exit(1);
        }

        if(nums == 0)
        {
            continue;
        }

        if(fds[0].revents & POLLIN)
            Accept();   // 有新的客户端请求
        else
            Recv();
    }
}

void Server::Recv()
{
    for(int i=1; i<MAX_FD; ++i)
    {
        if(fds[i].fd < 0)
            continue;
        if(fds[i].revents & POLLIN)       // 读就绪
        {
            int fd = fds[i].fd;
            bool close_conn = false;  // 标记当前连接是否断开了

            PACKET_HEAD head;
            recv(fd, &head, sizeof(head), 0);   // 先接受包头，即数据总长度

            char* buffer = new char[head.length];
            bzero(buffer, head.length);
            int total = 0;
            while(total < head.length)
            {
                int len = recv(fd, buffer + total, head.length - total, 0);
                if(len < 0)
                {
                    cout << "recv() error!";
                    close_conn = true;
                    break;
                }
                total = total + len;
            }

            if(total == head.length)  // 将收到的消息原样发回给客户端
            {
                int ret1 = send(fd, &head, sizeof(head), 0);
                int ret2 = send(fd, buffer, head.length, 0);
                if(ret1 < 0 || ret2 < 0)
                {
                    cout << "send() error!";
                    close_conn = true;
                }
            }

            delete buffer;

            if(close_conn)  // 当前这个连接有问题，关闭它
            {
                close(fd);
                fds[i].fd = -1;
            }
        }
    }   
}

int main()
{
    Server server(15000);
    server.Bind();
    server.Listen();
    server.Run();
    return 0;
}

客户端程序同上。

四、epoll示例

4.1 基本原理

epoll是在2.6内核中提出的，相对于select和poll来说，epoll更加灵活，没有描述符限制。epoll使用一个文件描述符管理多个描述符，将用户关系的文件描述符的事件存放到内核的一个事件表中，这样在用户空间和内核空间的copy只需一次。

epoll使用“事件”的就绪通知方式，通过epoll_ctl注册fd，一旦该fd就绪，内核就会采用类似callback的回调机制来激活该fd，epoll_wait便可以收到通知。epoll的优点在于：

1. 没有最大并发连接的限制，能打开的fd上限远大于1024（1G的内存上能监听约10万个端口）
2. 采用回调的方式，效率提升。只有活跃可用的fd才会调用callback函数，也就是说 epoll 只管你“活跃”的连接，而跟连接总数无关，因此在实际的网络环境中，epoll的效率就会远远高于select和poll。
3. 内存拷贝，利用mmap()文件映射内存加速与内核空间的消息传递；即epoll使用mmap减少复制开销。

epoll对文件描述符的操作有两种模式：LT（level trigger，水平触发）和ET（edge trigger，边缘触发）。二者的区别如下：

• 水平触发：默认工作模式，即当epoll_wait检测到某描述符事件就绪并通知应用程序时，应用程序可以不立即处理该事件；下次调用epoll_wait时，会再次通知此事件。

• 边缘触发：当epoll_wait检测到某描述符事件就绪并通知应用程序时，应用程序必须立即处理该事件。如果不处理，下次调用epoll_wait时，不会再次通知此事件。（直到你做了某些操作导致该描述符变成未就绪状态了，也就是说边缘触发只在状态由未就绪变为就绪时通知一次）

边缘触发（ET模式）在很大程度上减少了epoll事件被重复触发的次数，因此效率要比LT模式高。epoll工作在ET模式的时候，必须使用非阻塞socket，以避免由于一个文件描述符的阻塞读/阻塞写操作把处理多个文件描述符的任务饿死。

4.2 相关函数

epoll操作过程涉及三个函数：

#include <sys/epoll.h>
int epoll_create(int size);
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);

1） epoll_create函数用来创建一个epoll句柄，参数size用来告诉内核要监听的数目会有多少个。（现在size参数已经不再需要了，内核会动态调整分配的空间大小，但这个参数必须大于0，所以一般设置成1即可）

• 成功时返回一个文件描述符，表示epoll句柄（最后也需要close关闭）
• 失败时返回-1

2）epoll_ctl函数用于注册要监听的事件类型，它有四个参数：

• 第一个参数 epfd 表示epoll句柄，即epoll_create()的返回值；
• 第二个参数表示对fd的操作类型，
  
  • EPOLL_CTL_ADD（注册新的fd到epfd中）
  • EPOLL_CTL_MOD（修改已注册的fd的监听事件）
  • EPOLL_CTL_DEL（从epfd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

其中struct epoll_event结构体定义如下：

struct epoll_event {
    __uint32_t events;  /* Epoll events */
    epoll_data_t data;  /* User data variable */
};

typedef union epoll_data {
    void *ptr;
    int fd;
    __uint32_t u32;
    __uint64_t u64;
} epoll_data_t;

域 events 可以是以下几个宏的集合：

• EPOLLIN ：表示对应的文件描述符可以读（包括对端SOCKET正常关闭）；
• EPOLLOUT：表示对应的文件描述符可以写；
• EPOLLPRI：表示对应的文件描述符有紧急的数据可读（这里应该表示有带外数据到来）；
• EPOLLERR：表示对应的文件描述符发生错误；
• EPOLLHUP：表示对应的文件描述符被挂断；
• EPOLLET： 将EPOLL设为边缘触发(Edge Triggered)模式，这是相对于水平触发(Level Triggered)来说的。
• EPOLLONESHOT：只监听一次事件，当监听完这次事件之后，如果还需要继续监听这个socket的话，需要再次把这个socket加入到EPOLL队列里

3）epoll_wait函数等待事件的就绪，成功时返回就绪的事件数目，调用失败时返回 -1，等待超时返回 0。它也有四个参数：

• 第一个参数 epfd 即epoll句柄；
• 第二个参数 events 用来从内核得到就绪事件的集合；
• 第三个参数 maxevents 告诉内核这个 events 有多大；
• 第四个参数 timeout 表示等待时的超时时间，以毫秒为单位。

4.3 示例程序

这里写一个程序，Client向Server发送消息，Server接收消息并原样发送给Client，Client再把消息输出到终端。

#include<netinet/in.h>   // sockaddr_in
#include<sys/types.h>    // socket
#include<sys/socket.h>   // socket
#include<arpa/inet.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/epoll.h>    // epoll 
#include<sys/ioctl.h>
#include<sys/time.h>
#include<iostream>
#include<vector>
#include<string>
#include<cstdlib>
#include<cstdio>
#include<cstring>
using namespace std;
#define BUFFER_SIZE 1024
#define EPOLLSIZE 100

struct PACKET_HEAD
{
    int length;
};

class Server
{
private:
    struct sockaddr_in server_addr;
    socklen_t server_addr_len;
    int listen_fd;    // 监听的fd
    int epfd;         // epoll fd
    struct epoll_event events[EPOLLSIZE];   // epoll_wait返回的就绪事件
public:
    Server(int port);
    ~Server();
    void Bind();
    void Listen(int queue_len = 20);
    void Accept();
    void Run();
    void Recv(int fd);
};

Server::Server(int port)
{
    bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY);
    server_addr.sin_port = htons(port);
    // create socket to listen
    listen_fd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(listen_fd < 0)
    {
        cout << "Create Socket Failed!";
        exit(1);
    }
    int opt = 1;
    setsockopt(listen_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));
}

Server::~Server()
{
    close(epfd);
}

void Server::Bind()
{
    if(-1 == (bind(listen_fd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr))))
    {
        cout << "Server Bind Failed!";
        exit(1);
    }
    cout << "Bind Successfully.\n"; 
}

void Server::Listen(int queue_len)
{
    if(-1 == listen(listen_fd, queue_len))
    {
        cout << "Server Listen Failed!";
        exit(1);
    }
    cout << "Listen Successfully.\n";
}

void Server::Accept()
{
    struct sockaddr_in client_addr;
    socklen_t client_addr_len = sizeof(client_addr);

    int new_fd = accept(listen_fd, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_addr_len);
    if(new_fd < 0)
    {
        cout << "Server Accept Failed!";
        exit(1);
    }

    cout << "new connection was accepted.\n";


    // 在epfd中注册新建立的连接   
    struct epoll_event event;
    event.data.fd = new_fd;
    event.events = EPOLLIN;

    epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, new_fd, &event);
}   

void Server::Run()
{
    epfd = epoll_create(1);   // 创建epoll句柄

    struct epoll_event event;
    event.data.fd = listen_fd;
    event.events = EPOLLIN;
    epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, listen_fd, &event);   // 注册listen_fd 

    while(1)
    {
        int nums = epoll_wait(epfd, events, EPOLLSIZE, -1);
        if(nums < 0)
        {
            cout << "poll() error!";
            exit(1);
        }

        if(nums == 0)
        {
            continue;
        }

        for(int i=0; i<nums; ++i)  // 遍历所有就绪事件
        {
            int fd = events[i].data.fd;
            if((fd == listen_fd) && (events[i].events & EPOLLIN))
                Accept();    // 有新的客户端请求
            else if(events[i].events & EPOLLIN)
                Recv(fd);    // 读数据 
            else
                ;
        }       
    }
}

void Server::Recv(int fd)
{
    bool close_conn = false;  // 标记当前连接是否断开了

    PACKET_HEAD head;
    recv(fd, &head, sizeof(head), 0);   // 先接受包头，即数据总长度

    char* buffer = new char[head.length];
    bzero(buffer, head.length);
    int total = 0;
    while(total < head.length)
    {
        int len = recv(fd, buffer + total, head.length - total, 0);
        if(len < 0)
        {
            cout << "recv() error!";
            close_conn = true;
            break;
        }
        total = total + len;
    }

    if(total == head.length)  // 将收到的消息原样发回给客户端
    {
        int ret1 = send(fd, &head, sizeof(head), 0);
        int ret2 = send(fd, buffer, head.length, 0);
        if(ret1 < 0 || ret2 < 0)
        {
            cout << "send() error!";
            close_conn = true;
        }
    }

    delete buffer;

    if(close_conn)  // 当前这个连接有问题，关闭它
    {
        close(fd);
        struct epoll_event event;
        event.data.fd = fd;
        event.events = EPOLLIN;
        epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, fd, &event);  // Delete一个fd
    }
}

int main()
{
    Server server(15000);
    server.Bind();
    server.Listen();
    server.Run();
    return 0;
}

注意：

1. 默认情况下，epoll采用 LT 模式；若要采用 ET 模式，调用epoll_ctl的时候在 events 中添加EPOLLET。

2. 对于监听的sockfd，最好使用水平触发模式，边缘触发模式会导致高并发情况下，有的客户端会连接不上。

3. 对于读写的connfd，水平触发模式下，阻塞和非阻塞效果都一样，不过为了防止特殊情况，还是建议设置非阻塞。

4. 对于读写的connfd，边缘触发模式下，必须使用非阻塞fd，并要一次性全部读写完数据（否则会干扰其他事件）。