epool介绍 - BBSMAP

epool介绍

Post published:2023年5月8日
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epoll介绍

epoll是Linux内核提供的一种高效的I/O多路复用机制，用于处理大量的并发连接。它可以监视多个文件描述符，当其中任何一个文件描述符就绪时，就通知应用程序进行处理。epoll是Linux内核2.6版本引入的，相比于select和poll，它具有更好的性能和可伸缩性。

epoll的优点

支持较大的并发连接数，可以处理数百万个连接。
监视的文件描述符数量不受限制，可以支持数百万个文件描述符。
支持水平触发和边缘触发两种模式。
支持EPOLLONESHOT选项，可以保证每个文件描述符只被一个线程处理。
支持EPOLLEXCLUSIVE选项，可以保证每个文件描述符只被一个进程处理。

epoll的工作原理

epoll使用一个事件表来存储文件描述符和事件。当调用epoll_wait()函数时，内核会检查事件表中的文件描述符，如果有文件描述符就绪，就将其加入到就绪链表中。epoll_wait()函数会返回就绪链表中的文件描述符数量，并将就绪链表中的文件描述符复制到用户空间中。应用程序可以使用这些文件描述符进行读写操作。

示例一：使用epoll实现高并发服务器

#include <sysepoll.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>

#define MAX_EVENTS 1024
#define BUF_SIZE 1024

int setnonblocking(int fd) {
    int flags = fcntl(fd, F_GETFL, 0);
    if (flags == -1) {
        return -1;
    }
    flags |= O_NONBLOCK;
    if (fcntl(fd, F_SETFL, flags) == -1) {
        return -1;
    }
    return 0;
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    int listen_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (listen_fd == -1) {
        perror("socket");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    struct sockaddr_in addr;
    memset(&addr, 0, sizeof(addr));
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    addr.sin_port = htons(8080);

    if (bind(listen_fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)) == -1) {
        perror("bind");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (listen(listen_fd, SOMAXCONN) == -1) {
        perror("listen");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    int epoll_fd = epoll_create1(0);
    if (epoll_fd == -1) {
        perror("epoll_create1");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    struct epoll_event event;
    event.data.fd = listen_fd;
    event.events = EPOLLIN | EPOLLET;
    if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, listen_fd, &event) == -1) {
        perror("epoll_ctl");
        exit(EXIT_FAILURE    }

    struct epoll_event *events = (struct epoll_event *)calloc(MAX_EVENTS, sizeof(struct epoll_event));

    while (1) {
        int n = epoll_wait(epoll_fd, events, MAX_EVENTS, -1);
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            if (events[i].data.fd == listen_fd) {
                int conn_fd = accept(listen_fd, NULL, NULL);
                if (conn_fd == -1) {
                    perror("accept");
                    continue;
                }
                setnonblocking(conn_fd);
                event.data.fd = conn_fd;
                event.events = EPOLLIN | EPOLLET;
                if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, conn_fd, &event) == -1) {
                    perror("epoll_ctl");
                    exit(EXIT_FAILURE);
                }
            } else {
                int conn_fd = events[i].data.fd;
                char buf[BUF_SIZE];
                memset(buf, 0, sizeof(buf));
                int n = read(conn_fd, buf, sizeof(buf));
                if (n == -1) {
                    if (errno == ECONNRESET) {
                        close(conn_fd);
                        epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_DEL, conn_fd, NULL);
                    } else {
                        perror("read");
                    }
                } else if (n == 0) {
                    close(conn_fd);
                    epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_DEL, conn_fd, NULL);
                } else {
                    printf("recv: %s\n", buf);
                    write(conn_fd, buf, n);
                }
            }
        }
    }

    free(events);
    close(epoll_fd);
    close(listen_fd);

    return 0;
}

在这个示例中，我们使用epoll实现了一个高并发的服务器。首先创建一个socket并绑定到指定的端口，然后使用epoll_create1()函数创建一个epoll实例。将监听socket添加到epoll实例中，然后使用epoll_wait()函数等待事件。当有新的连接到来时，将连接socket添加到epoll实例中。当连接socket可读时，读取数据并将其发送回客户端。

示例二：使用epoll实现高性能的HTTP服务器

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

#define MAX_EVENTS 1024
#define BUF_SIZE 1024

int setnonblocking(int fd) {
    int flags = fcntl(fd, F_GETFL, 0);
    if (flags == -1) {
        return -1;
    }
    flags |= O_NONBLOCK;
    if (fcntl(fd, F_SETFL, flags) == -1) {
        return -1;
    }
    return 0;
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    int listen_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (listen_fd == -1) {
        perror("socket");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    struct sockaddr_in addr;
    memset(&addr, 0, sizeof(addr));
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    addr.sin_port = htons(8080);

    if (bind(listen_fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)) == -1) {
        perror("bind");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (listen(listen_fd, SOMAXCONN) == -1) {
        perror("listen");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    int epoll_fd = epoll_create1(0);
    if (epoll_fd == -1) {
        perror("epoll_create1");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    struct epoll_event event;
    event.data.fd = listen_fd;
    event.events = EPOLLIN | EPOLLET;
    if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, listen_fd, &event) == -1) {
        perror("epoll_ctl");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    struct epoll_event *events = (struct epoll_event *)calloc(MAX_EVENTS, sizeof(struct epoll_event));

    while (1) {
        int n = epoll_wait(epoll_fd, events, MAX_EVENTS, -1);
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            if (events[i].data.fd == listen_fd) {
                int conn_fd = accept(listen_fd, NULL, NULL);
                if (conn_fd == -1) {
                    perror("accept");
                    continue;
                }
                setnonblocking(conn_fd);
                event.data.fd = conn_fd;
                event.events = EPOLLIN | EPOLLET;
                if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, conn_fd, &event) == -1) {
                    perror("epoll_ctl");
                    exit(EXIT_FAILURE);
                }
            } else {
                int conn_fd = events[i].data.fd;
                char buf[BUF_SIZE];
                memset(buf, 0, sizeof(buf));
                int n = read(conn_fd, buf, sizeof(buf));
                if (n == -1) {
                    if (errno == ECONNRESET) {
                        close(conn_fd);
                        epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_DEL, conn_fd, NULL);
                    } else {
                        perror("read");
                    }
                } else if (n == 0) {
                    close(conn_fd);
                    epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_DEL, conn_fd, NULL);
                } else {
                    char response[BUF_SIZE];
                    memset(response, 0, sizeof(response));
                    sprintf(response, "HTTP/1.1 200 OK\r\nContent-Length: %d\r\n\r\n%s", n, buf);
                    write(conn_fd, response, strlen(response));
                }
            }
        }
    }

    free(events);
    close(epoll_fd);
    close(listen_fd);

    return 0;
}

在这个示例中，我们使用epoll实现了一个高性能的HTTP服务器。与前面的示例类似，首先创建一个socket并绑定到指定的端口，然后使用epoll_create1()函数创建一个epoll实例。将监听socket添加到epoll实例中，然后使用epoll_wait()函数等待事件。当有新的连接到来时，将连接socket添加到epoll实例中。当连接socket可读时，读取数据并将其作为HTTP响应发送回客户端。

总之，epoll是Linux内核提供的一种高效的I/O多路复用机制，用于处理大量的并发连接。可以使用epoll实现高并发服务器或高性能的HTTP服务器。

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