27.epoll(一)

一.I/O多路转接之epolI

二.epoll接口详解

这些事件也是宏定义,和poll也是差不多的

三.epoll的原理 & 接口重弹

我们要指向对应的tcp_sock结构,因为sock是结构体的第一个成员,所以我们可以进行强转

这个sock,inet_sock等都是一套继承体系

UDP和TCP的区别就是UDP没有对应的inet_connection_sock(链接管理相关)

在上层都叫我们对应的sock,下层进行了封装

select会将我们对应的文件描述符表进行遍历,发现有对应的信息就向上返回(但是这样效率太低了)

但是这里不是我们对应的select的实现机制(信号驱动式IO的原理)

一个节点代表,一个文件描述符和用户要关心的该文件描述符的所有事件

那我们怎么知道红黑树该节点已经就绪了呢?

整体的这一套就叫做我们的epoll模型(宏观模型)

只要移动指针就能实现对应的将节点信息移动到就绪队列中

所以后续我们操作对应的epoll模型就是对文件描述符进行操作

四.epoll代码编写

#pragma once

#include <iostream>
#include <string>
#include <memory>
#include <sys/epoll.h>
#include "Log.hpp"
#include "Socket.hpp"

using namespace SocketModule;
using namespace LogModule;


const int gdefaultfd = -1;


// 最开始的时候,我们的服务器,只有一个文件描述符
class EpollServer
{
    static const int revs_num = 64;
public:
    EpollServer(int port) : _port(port),
                             _listen_socket(std::make_unique<TcpSocket>()),
                             _isrunning(false),
                             _epfd(gdefaultfd)
    {
    }
    void Init()
    {
        _listen_socket->BuildTcpSocket(_port);
        //1.创建epoll模型
        _epfd = epoll_create(256);
        if(_epfd < 0)
        {
            LOG(LogLevel::ERROR) << "epoll create error";
            exit(EPOLL_CREATE_ERR);
        }
        LOG(LogLevel::DEBUG) << "epoll_create success" << _epfd;

        //2.将listensocket添加到epoll模型中
        struct epoll_event ev;
        ev.events = EPOLLIN;
        ev.data.fd = _listen_socket->Fd();
        int n = epoll_ctl(_epfd,EPOLL_CTL_ADD,_listen_socket->Fd(),&ev);
        if(n < 0)
        {
            LOG(LogLevel::ERROR) << "epoll ctl error";
            exit(EPOLL_CTL_ERR);
        }
    }
    void Loop()
    {
        int timeout = 10000;
        _isrunning = true;
        while (_isrunning)
        {
            int n = epoll_wait(_epfd,_revs,revs_num,timeout);
            //完成通知上层的任务
            switch (n)
            {
            case 0:
                std::cout << "time out..." << std::endl;
                break;
            case -1:
                perror("select");
                break;
            default:
                // rfds: 内核告诉用户,你关心的rfds中的fd,有哪些已经就绪了
                Dispatcher(n);
                break;
            }
        }
        _isrunning = false;
    }
    void Accepter()
    {
        InetAddr client;
        // listensockfd就绪了! 再获取新连接
        int newfd = _listen_socket->Accepter(&client);
        // 这里进行accept不会被阻塞了,因为我们是被select叫来的,只执行拷贝
        if (newfd < 0)
        {
            return;
        }
        else
        {
            std::cout << "获取了一个新的连接: " << newfd << " client info: " << client.Addr() << std::endl;
            //我们要将其添加到对应的epoll,让epoll帮我们进行监管
            struct epoll_event ev;
            ev.events = EPOLLIN;
            ev.data.fd = newfd;
            int n = epoll_ctl(_epfd,EPOLL_CTL_ADD,newfd,&ev);
            if(n < 0)
            {
                LOG(LogLevel::ERROR) << "epoll ctl error";
                close(newfd);
            }
            LOG(LogLevel::DEBUG) << "epoll ctl success: " << newfd;
        }
    }
    void Recver(int fd)
    {
        char buffer[1024];
        ssize_t n = recv(fd,buffer,sizeof(buffer)-1,0);
        if(n > 0)
        {
            buffer[n] = 0;
            std::cout << "client# " <<buffer << std::endl;
            std::string message = "echo# ";
            message += buffer;
            send(fd,message.c_str(),message.size(),0);
        }
        else if(n == 0)
        {
            LOG(LogLevel::DEBUG) << "客户端退出, sockfd: " << fd;
            
            //把对应的文件描述符从epoll中进行移除
            //在移除的时候,我们应该将其先进行移除,再关闭
            int m = epoll_ctl(_epfd,EPOLL_CTL_DEL,fd,nullptr);
            if(m < 0)
            {
                LOG(LogLevel::ERROR) << "epoll ctl error";
                return;
            }
            LOG(LogLevel::DEBUG) << "epoll ctl success: " << fd;
            close(fd);
        }
        else
        {
            LOG(LogLevel::DEBUG) << "客户端读取出错, sockfd: " << fd;
            
            //把对应的文件描述符从epoll中进行移除
            int m = epoll_ctl(_epfd,EPOLL_CTL_DEL,fd,nullptr);
            if(m < 0)
            {
                LOG(LogLevel::ERROR) << "epoll ctl error";
                return;
            }
            LOG(LogLevel::DEBUG) << "epoll ctl success: " << fd;
            close(fd);
        }
    }

    void Dispatcher(int rnum)
    {
        for (int i = 0; i < rnum; i++)
        {
            int events = _revs[i].events;
            int fd = _revs[i].data.fd;
            if(fd == _listen_socket->Fd())
            {
                if(events & EPOLLIN)
                {
                    //listen sock fd
                    Accepter();
                }
            }
            else
            {
                if(events & EPOLLIN)
                {
                    //读事件就绪
                    Recver(fd);
                }
                // else if(events & EPOLLOUT)
                // {
                //     //写事件就绪
                // }
            }
        }
    }
    ~EpollServer()
    {
        _listen_socket->Close();
        if(_epfd >= 0)
        {
            close(_epfd);
        }
    }

private:
    uint16_t _port;
    std::unique_ptr<Socket> _listen_socket;
    bool _isrunning;
    int _epfd;
    struct epoll_event _revs[revs_num];
};

五.epoll的工作模式: ET && LT

1.什么是ET,LT?

(LT模式)水平触发模式: 只要底层有数据,就一直告知上层,条件是就绪的

(ET模式)边缘触发模式: 当收到新的数据是就会通知对方一次!(从无到有,从有到多,变化(增多)的时候,才进行通知对方)

所谓的张三就是我们对应的 (epoll && LT),快递就是我们对应的数据,小车就是我们的输入缓冲区

打电话就是我们的通知机制

所以ET单位时间内,IO吞吐量更多

但是ET这样做是有代价的!!!

2.为啥要有LT,ET?

3.各自的特点是什么?我应该用哪一个?

根据我们的场景进行使用即可

六.epoll代码的设计

1.软件分层的设计

我们对应的EpollServer向上看到的都是我们对应的Connection

2.epoller模型封装(最基本的检测模型(底层))

#pragma once


#include <iostream>
#include <sys/epoll.h>
#include "Log.hpp"
#include "Common.hpp"

using namespace LogModule;

namespace EpollModule
{
    class Epoller
    {
    public:
        Epoller():_epfd(-1)
        {

        }
        void Init()
        {
            _epfd = ::epoll_create(256);
            if(_epfd < 0)
            {
                LOG(LogLevel::ERROR) << "epoll_create error";
                exit(EPOLL_CREATE_ERR);
            }
            LOG(LogLevel::INFO) << "epoll_create success, epfd: " << _epfd;
        }
        int Wait(struct epoll_event revs[],int num) //输出就绪的fd和events
        {
            int n = epoll_wait(_epfd,revs,num,-1);
            if(n < 0)
            {
                LOG(LogLevel::WARNING) << "epoll_create error";
            }
            return n;
        }
        void Ctrl(int sockfd,uint32_t events)
        {
            struct epoll_event ev;
            ev.events = events;
            ev.data.fd = sockfd;
            int n = epoll_ctl(_epfd,EPOLL_CTL_ADD,sockfd,&ev);
            if(n < 0)
            {
                LOG(LogLevel::WARNING) << "epoll_ctl error";
            }
        }
        ~Epoller()
        {

        }
    private:
        int _epfd;
    };
};

3.EpollServer.hpp的设计

#pragma once 

#include <iostream>
#include <memory>
#include <unordered_map>
#include "Epoller.hpp"
#include "Connection.hpp"

using namespace EpollModule;
using connection_t = std::shared_ptr<Connection>;

class EpollServer
{
    const static int event_num = 64;
public:
    EpollServer():_isrunning(false),_epoller(std::make_unique<Epoller>())
    {
        _epoller->Init();
    }
    void InsertConnection(connection_t& conn)
    {
        auto iter = _connections.find(conn->sockfd());
        if(iter == _connections.end())
        {
            //1.将链接放到unordered_map中
            _connections.insert(std::make_pair(conn->sockfd(),conn));
            //2.插入的链接写入epoll中
            _epoller->Ctrl(conn->sockfd(),conn->GetEvents());
        }
    }
    bool IsConnectionExists(int sockfd)
    {
        return _connections.find(sockfd) == _connections.end();
    }
    void Loop()
    {
        _isrunning = true;
        while(_isrunning)
        {
            int n = _epoller->Wait(_revs,event_num);
            for(int i = 0;i < n;i++)
            {
                //开始派发任务
                int sockfd = _revs[i].data.fd;
                uint32_t revents = _revs[i].events;
                if((revents & EPOLLERR) || (revents & EPOLLHUP))
                {
                    revents = (EPOLLIN | EPOLLOUT);//异常事件转换成为读写事件
                }
                if((revents & EPOLLIN) && IsConnectionExists(sockfd))
                {
                    _connections[sockfd]->CallRecv();
                }
                if((revents & EPOLLOUT) && IsConnectionExists(sockfd))
                {
                    _connections[sockfd]->CallSend();
                }
            }
        }
        _isrunning = false;
    }
    void Stop()
    {
        _isrunning = false;
    }
    ~EpollServer()
    {

    }
private:
    std::unique_ptr<Epoller> _epoller;
    std::unordered_map<int,connection_t> _connections; //服务器内部所有的链接
    bool _isrunning;
    struct epoll_event _revs[event_num];
};

4.Connection.hpp的设计

#pragma once

#include <iostream>
#include <string>
#include <functional>
#include "InetAddr.hpp"
// #include "EpollServer.hpp"

class EpollServer;

using func_t = std::function<void()>;




// 普通 fd,  Listensockfd
//让我们对fd的处理方式采用同一种方式
//描述一个链接
class Connection
{
public:
    Connection(int sockfd):_sockfd(sockfd),_events(0)
    {

    }
    void InitCB(func_t recver,func_t sender,func_t excepter)
    {
        _recver = recver;
        _sender = sender;
        _excepter = excepter;
    }
    void SetPeerInfo(const InetAddr& peer_addr)
    {
        _peer_addr = peer_addr;
    }
    int sockfd()
    {
        return _sockfd;
    }
    void SetEvents(uint32_t events)
    {
        _events = events;
    }
    uint32_t GetEvents()
    {
        return _events;
    }
    void CallRecv()
    {
        if(_recver != nullptr)
        {
            _recver();
        }
    }
    void CallSend()
    {
        if(_sender != nullptr)
        {
            _sender();
        }
    }
    ~Connection()
    {

    }
private:
    int _sockfd;
    std::string _inbuffer;
    std::string _outbuffer;

    InetAddr _peer_addr; //对应的客户端

    //回调方法
    func_t _recver;
    func_t _sender;
    func_t _excepter;

    //添加一个指针
    EpollServer* _owner;

    //关心的事件
    uint32_t _events;
};

5.Listener.hpp的设计

#pragma once

#include <iostream>
#include <memory>
#include "Socket.hpp"
#include "Log.hpp"

using namespace SocketModule;
using namespace LogModule;

//专门负责获取链接的模块
class Listener
{
public:
    Listener(int port)
        :_listensock(std::make_unique<TcpSocket>()),
        _port(port)
    {
        _listensock->BuildTcpSocket(port);
    }
    int Sockfd()
    {
        return _listensock->Fd();
    }
    void Accepter()
    {
        LOG(LogLevel::DEBUG) << "hahaha accepter";
    }
    ~Listener()
    {
        _listensock->Close();
    }
private:
    int _port;
    std::unique_ptr<Socket> _listensock;
};

6.Main.cpp设计

#include <iostream>
#include <string.h>
#include "Log.hpp"
#include "Listener.hpp"
#include "Connection.hpp"
#include "EpollServer.hpp"


using namespace LogModule;


int main(int argc,char* argv[])
{
    if(argc != 2)
    {
        std::cout << "Usage: " << argv[0] << " port" << std::endl;
        return 1;
    }
    ENABLE_CONSOLE_LOG();
    uint16_t local_port = std::stoi(argv[1]);

    Listener listen(local_port);//完成具体工作的模块
    //我们要把listensockfd,封装成为一个Connection,并将其托管给EpollServer
    connection_t conn = std::make_shared<Connection>(listen.Sockfd());
    conn->InitCB(
        [&listen](){
            listen.Accepter();
        }
        ,nullptr
        ,nullptr
    );
    conn->SetEvents(EPOLLIN|EPOLLET);
    

    EpollServer epoll_svr;
    epoll_svr.InsertConnection(conn);
    epoll_svr.Loop();
    return 0;
}

7.代码修改

class Connection
{
public:
    Connection(int sockfd):_sockfd(sockfd),_events(0)
    {

    }
    void InitCB(func_t recver,func_t sender,func_t excepter)
    {
        _recver = recver;
        _sender = sender;
        _excepter = excepter;
    }
    void SetPeerInfo(const InetAddr& peer_addr)
    {
        _peer_addr = peer_addr;
    }
    int sockfd()
    {
        return _sockfd;
    }
    void SetEvents(uint32_t events)
    {
        _events = events;
    }
    uint32_t GetEvents()
    {
        return _events;
    }
    void CallRecv()
    {
        if(_recver != nullptr)
        {
            _recver();
        }
    }
    void CallSend()
    {
        if(_sender != nullptr)
        {
            _sender();
        }
    }
    ~Connection()
    {

    }
private:
    int _sockfd;
    std::string _inbuffer;
    std::string _outbuffer;

    InetAddr _peer_addr; //对应的客户端

    //回调方法
    func_t _recver;
    func_t _sender;
    func_t _excepter;

    //添加一个指针
    EpollServer* _owner;

    //关心的事件
    uint32_t _events;
};



class Factory
{
public:
    static std::shared_ptr<Connection> BuildConnection
        (int fd,uint32_t events,func_t r,func_t w,func_t e)
    {
        auto conn = std::make_shared<Connection>(fd);
        conn->SetEvents(events);
        conn->InitCB(r,w,e);
        return conn;
    }
};

#include <iostream>
#include <string.h>
#include "Log.hpp"
#include "Listener.hpp"
#include "Connection.hpp"
#include "EpollServer.hpp"


using namespace LogModule;


int main(int argc,char* argv[])
{
    if(argc != 2)
    {
        std::cout << "Usage: " << argv[0] << " port" << std::endl;
        return 1;
    }
    ENABLE_CONSOLE_LOG();
    uint16_t local_port = std::stoi(argv[1]);
    Listener listen(local_port);
    auto conn = Factory::BuildConnection(listen.Sockfd(),EPOLLIN|EPOLLET,[&listen](){
            listen.Accepter();
        }
        ,nullptr
        ,nullptr);
    

    EpollServer epoll_svr;
    epoll_svr.InsertConnection(conn);
    epoll_svr.Loop();
    return 0;
}

void SetNonBlock(int sockfd)
{
    int fl = fcntl(sockfd,F_GETFL);
    if(fl < 0)
    {
        return;
    }
    fcntl(sockfd,F_SETFL,fl | O_NONBLOCK);
}

未完待续....

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