Linux下EPoll通信模型简析

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。