Linux网络编程【六】：TCP协议高性能服务器(http)模型之I/O多路转接epoll

什么是epoll？

epoll是linux内核为处理大批量文件描述符而作了改进的poll，是Linux下多路复用IO接口select/poll的增强版本，它能显著提高程序在大

量并发连接中只有少量活跃的情况下的系统CPU利用率。另一点原因就是获取事件的时候，它无须遍历整个被侦听的描述符集，只要

遍历那些被内核IO事件异步唤醒而加入Ready队列的描述符集合就行了。

注：epoll除了提供select/poll那种IO事件的水平触发（Level Triggered）外，还提供了边缘触发（Edge Triggered），这就使得用户空

间程序有可能缓存IO状态，减少epoll_wait/epoll_pwait的调用，提高应用程序效率。

注：epoll文件描述符用完后，直接用close关闭即可，非常方便。事实上，任何被侦听的文件符只要其被关闭，那么它也会自动从被侦

听的文件描述符集合中删除，很是智能。

epoll相关的系统调用有：epoll_create, epoll_ctl和epoll_wait。

epoll_create：

返回值：>0：非空文件描述符；
-1：函数调用失败，同时会自动设置全局变量errno；
epoll_ctl：用来添加/修改/删除需要侦听的文件描述符及其事件.
epoll的事件注册函数，它不同于select()是在监听事件时告诉内核要监听什么类型的事件，而是在这里先注册要监听的事件类型。

op:表示动作，为以下三个宏任意一个（根据需要）：添加，修改，删除

.epoll_wait：接收发生在被侦听的描述符上的，用户感兴趣的IO事件。

收集在epoll监控的事件中已经就绪的事件。
events：是分配好的epoll_event结构体数组，epoll将会把就绪的事件赋值到events数组中（events不可以是空指针，内核只负责把数据复制到这个events数组中）。
maxevents：告之内核这个events有多大，这个 maxevents的值不能小于创建epoll_create()时的size
timeout：是超时时间（毫秒）
    1.0表示轮询非阻塞，立即返回；
    2.-1将不确定，也有说法说是永久阻塞。
    3.大于0，以timeput事件轮询返回
返回值：
    1.成功，返回对应I/O上已准备好的文件描述符数
    2.0表示已超时。
    3.-1，发生错误。

epoll的优点：
本身没有最大并发连接的限制，仅受系统中进程能打开的最大文件数目限制；
效率提升：只有活跃的socket才会主动的去调用callback函数；
省去不必要的内存拷贝：epoll通过内核与用户空间mmap同一块内存实现。
当然，以上的优缺点仅仅是特定场景下的情况：高并发，且任一时间只有少数socket是活跃的。

服务器具体实现代码：

（客户端代码在前几篇博客写过几个版本，在此不再赘述）

/*************************************************************************
	> File Name: epoll.c
	> Author: liumin
	> Mail: 1106863227@qq.com 
	> Created Time: Sun 11 Jun 2017 02:42:50 PM CST
 ************************************************************************/

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<sys/epoll.h>
#include<sys/socket.h>
#include<sys/types.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<stdlib.h>

static void Usage(char* proc)
{
	printf("Usage: %s [local_ip] [local_port]\n",proc);
}

int startup(const char* _ip, int _port)
{
	int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if(sock < 0)
	{
		perror("socket");
		return 2;
	}

	int opt = 1;
	setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));

	struct sockaddr_in local;
	local.sin_family = AF_INET;
	local.sin_port = htons(_port);
	local.sin_addr.s_addr = inet_addr(_ip);

	if(bind(sock, (struct sockaddr*)&local, sizeof(local)) < 0)
	{
		perror("bind");
		return 3;
	}

	if(listen(sock, 10) < 0)
	{
		perror("listen");
		return 4;
	}
	return sock;
}

typedef struct fd_buf
{
	int fd;
	char buf[10240];
}fd_buf_t,*fd_buf_p;

static void* alloc_fd_buf(int fd)
{
	fd_buf_p tmp = (fd_buf_p)malloc(sizeof(fd_buf_t));
	if(!tmp)
	{
		perror("malloc");
		return NULL;
	}
	tmp->fd = fd;
	return tmp;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
	if(argc != 3)
	{
		Usage(argv[0]);
		return 1;
	}

	int listen_sock = startup(argv[1], atoi(argv[2]));

	int epollfd = epoll_create(256);
	if(epollfd < 0)
	{
		perror("epoll_create");
		close(listen_sock);
		return 5;
	}

	struct epoll_event ev;
	ev.events = EPOLLIN;
	ev.data.ptr = alloc_fd_buf(listen_sock);
    
	epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, listen_sock, &ev);

	int nums = 0;
	struct epoll_event evs[256];
	int timeout = -1;

	while(1)
	{
		switch(nums = epoll_wait(epollfd, evs, 256, timeout))
		{
			case -1:
				perror("epoll_wait");
				break;
			case 0:
				printf("timeout...\n");
				break;
			default:
				{
					printf("nums : %d \n",nums);
					int i = 0;
					for(; i < nums; i++)
					{
						fd_buf_p fp = (fd_buf_p)evs[i].data.ptr;
						if(fp->fd == listen_sock && (evs[i].events & EPOLLIN))
						{
							struct sockaddr_in client;
							socklen_t len = sizeof(client);
							int new_sock = accept(listen_sock, (struct sockaddr*)&client, &len);
							if(new_sock < 0)
							{
								perror("accept");
								continue;
							}
							printf("get a new client: ip:%s ,port:%d \n",inet_ntoa(client.sin_addr),ntohs(client.sin_port));

							ev.events = EPOLLIN;
							ev.data.ptr = alloc_fd_buf(new_sock);
							epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, new_sock, &ev);
						}//if
						else if(fp->fd != listen_sock)
						{
			 				if(evs[i].events & EPOLLIN)
							{
		 						ssize_t s = read(fp->fd, fp->buf, sizeof(fp->buf));
								if(s > 0)
								{
	 								fp->buf[s] = 0;
									printf("client say# %s\n", fp->buf);
									ev.events = EPOLLOUT;
									ev.data.ptr = fp;
									epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_MOD, fp->fd, &ev);
								}
								else if(s <= 0)
								{
	 								printf("client quit!\n");
									close(fp->fd);
									epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_DEL, fp->fd, NULL);
									free(fp);
								}
								else
								{}
							}
							else if(evs[i].events & EPOLLOUT)
							{
					 			const char* msg = "HTTP/1.0 200 OK\r\n\r\n<html><h1>hello epoll!</h1><html>";
								write(fp->fd, msg, strlen(msg));
								close(fp->fd);
								//这里主要用于浏览器测试，所以在输出后关闭文件描述符
								//若使用客户端、Telnet远程登录测试 可以去掉 实现连续发送信息  
								epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_DEL, fp->fd, NULL);
								free(fp);
							}
							else
							{}
						}
						else
						{}
					}//for
				}
				break;
		}
	}

	return 0;
}