Linux下EPoll通信模型简析

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作者: 佚名 发布: 周勇  2012年08月10日15:12  来源: 中国IT实验室 我要评论(0) 访问次数 313

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　　简介：

　　EPoll基于I/O的事件通知机制，由系统通知用户那些SOCKET触发了那些相关I/O事件，事件中包含对应的文件描述符以及事件类型，这样应用程序可以针对事件以及事件的source做相应的处理(Acception,Read,Write,Error)。相比原先的SELECT模型(用户主动依次检查SOCKET)，变成被动等待系统告知处于活跃状态的SOCKET,性能提升不少(不需要依次遍历所有的SOCKET,而只是对活跃SOCKET进行事件处理)。

　　基本步骤：

　　擅长对大量并发用户的请求进行及时处理，完成服务器与客户端的数据交互。一个简单实现步骤如下：

　　(1) 创建侦听socket:ListenSock,将该描述符设定为非阻塞模式，调用Listen()函数在该套接字上侦听连接请求。

　　(2) 使用epoll_create()函数创建文件描述，设定可管理的最大socket描述符数目。

　　(3) 将ListenSock注册进EPoll中进行监测

　　(4) EPoll监视启动，epoll_wait()等待epoll事件发生。

　　(5)如果epoll事件表明有新的连接请求，则调用accept()函数，并将新建立连接添加到EPoll中。若为读写或者报错等，调用对应的Handle进行处理。

　　(6) 继续监视，直至停止。

　　通信主体框架：

　　注：上诉过程只是一个简单的线性实例，在实际的应用过程中，为了提高监视效率，常常将EPOLL监听到的事件交给其他专门的任务线程进行处理，以提高EPoll监视的效率。

　　主要涉及API

　　1.EPoll创建

　　int epoll_create(int size)

　　该函数生成一个epoll专用文件描述符，其中的参数是指定生成描述符的最大范围。在linux-2.4.32内核中根据size大小初始化哈希表的大小，在linux2.6.10内核中该参数无用，使用红黑树管理所有的文件描述符，而不是hash.

　　2、epoll_ctl函数

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

　　该函数用于控制某个文件描述符上的事件，可以注册事件，修改事件，删除事件。

　　参数：epfd:由 epoll_create 生成的epoll专用文件描述符;

　　op:操作类型，有如下取值：

　　EPOLL_CTL_ADD 注册、

　　EPOLL_CTL_MOD 修改、

　　EPOLL_CTL_DEL 删除

　　fd:要控制的文件描述符;

　　event:指向epoll_event的指针; 如果调用成功返回0,不成功返回-1

　　epoll_event 结构体的events字段是表示感兴趣的事件，取值为：

　　EPOLLIN:表示对应的文件描述符可以读;

　　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;

　　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:表示对应的文件描述符有事件发生;

　　3、事件等待函数

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

　　该函数用于轮询I/O事件的发生;

　　参数： epfd:由epoll_create 生成的epoll专用的文件描述符;

　　epoll_event:用于回传等待处理的事件数组;

　　maxevents:每次能处理的事件数;

　　timeout:等待I/O事件发生的超时值(ms);-1永不超时，直到有事件产生才触发，0立即返回

　　主要数据结构：

　　typedef union epoll_data {

　　void *ptr;

　　int fd;

　　__uint32_t u32;

　　__uint64_t u64;

　　} epoll_data_t;

　　struct epoll_event {

　　__uint32_t events; /* Epoll events */

　　epoll_data_t data; /* User data variable */

　　};

　　一般我们在编程时，利用event变量存储事件对应的文件描述符以及事件类型。

　　实例代码

　　服务器段代码

　　int EPollServer()

　　{

　　int srvPort = 6888;

　　initSrvSocket(srvPort);

　　/* 创建 epoll 句柄，把监听socket加入到epoll集合里 */

　　epollfd = epoll_create(MAX_EVENTS);

　　struct epoll_event event;

　　event.events = EPOLLIN | EPOLLET;

　　event.data.fd = srvfd;

　　if ( epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, srvfd, &event) < 0 )

　　{

　　printf(“epoll Add Failed: fd=%d\n”, srvfd);

　　return -1;

　　}

　　printf( “epollEngine startup:port %d”, srvPort);

　　while(1)

　　{

　　/*等待事件发生*/

　　int nfds = epoll_wait(epollfd, eventList, MAX_EVENTS, -1);

　　if ( nfds == -1 )

　　{

　　printf( “epoll_wait” );

　　continue;

　　}

　　/* 处理所有事件 */

　　int n = 0;

　　for (; n < nfds; n++)

　　handleEvent(eventList + n);

　　}

　　close(epollfd);

　　close(srvfd);

　　};

　　在事件处理handleEvent中(分为连接事件处理以及数据接收发送事件)

　　void handleEvent(struct epoll_event* pEvent)

　　{

　　if (pEvent->data.fd == srvfd)

　　{

　　AcceptConn(srvfd);

　　}else{

　　RecvData(pEvent->data.fd);

　　SendData(pEvent->data.fd);

　　epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_DEL, pEvent->data.fd, pEvent);

　　}

　　}

　　//从标准输入读取数据，发送给服务器端，服务器端在原样返回，客户端再接收并予以显示

　　void handle(int sockfd)

　　{

　　char sendline[MAXLINE];

　　char recvline[MAXLINE];

　　int n;

　　for (;;) {

　　if (fgets(sendline, MAXLINE, stdin) == NULL)

　　break;

　　if (read(STDIN_FILENO, sendline, MAXLINE) == 0)

　　break;

　　n = write(sockfd, sendline, strlen(sendline));

　　n = read(sockfd, recvline, MAXLINE);

　　if (n == 0) {

　　printf(“echoclient: server terminated prematurely\n”);

　　break;

　　}

　　write(STDOUT_FILENO, recvline, n);

　　//如果用标准库的缓存流输出有时会出现问题

　　//fputs(recvline, stdout);

　　}

　　}

　　运行结果(Linux下截图麻烦，直接复制控制台结果)

　　客户端：

　　administrator@ubuntu:~$ ./echoclient

　　welcome to echoclient

　　123456

　　123456

　　服务器端：

　　administrator@ubuntu:~/source/EPollProject$ ./EPoll

　　epollEngine startup port 6888

　　handleEvent function, HANDLE: 3, EVENT is 1

　　Accept Connection: 5

　　handleEvent function, HANDLE: 5, EVENT is 1

　　RecvData function

　　SOCKET HANDLE: 5: CONTENT: 123456

　　content is 123456

　　SendData function

　　SendData: 123456

　　注：

　　1.此处只是学习了EPoll基本模型，在实际应用中，为了提高EPoll模型的监视效率，一般在监视线程中只做监视，不过事件处理工作，而是将事件交付其他线程处理。

　　2. 为了提高事件处理的效率，所以我们尽量避免在有事件时开辟线程处理，处理完关闭，一般在系统启动时会创建线程池，将事件交与线程池中的空闲线程进行处理。在事件的处理过程中不会有县城的创建、销毁等操作。效率也提高了。