多路复用——epoll

时间：2024-10-09 16:09:20

         在之前我们说过TCP的模型，用户可以通过连接服务器从而通过服务器去加载服务端对应功能的文件来达到通信，但是我们知道，一个用户加载文件需要一个进程，在Linux中，一个进程就要占用4G的虚拟内存，如果在并发量高的情况下，很明显服务器是不堪重负的。下面来讲解决方案即多路复用技术。

        多路复用，举个例子就好比把多条狭窄的乡间小路修成一条双向16车道的快速路，即在这条大路上去进行网络通信。多路复用技术的核心就在于在单个网络信道上传输多个网络信号，能能大幅提高通信效率，并且能够很大程度上降低服务器的负担。

下面我们用TCP作为通信模型来看多路复用的第三种 I/O 机制，即epoll：

服务端如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/select.h>
#include <poll.h>
#include <sys/epoll.h>

//tcp server 只有server端能用多路复用
int main(int argc, char *argv[])
{
    //创建socket
    int svr_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (svr_fd < 0)
     {
        perror("socket");
        return -1;
    }
    //准备通信地址
    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(8888);
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    socklen_t addrlen=sizeof(addr);
    //绑定地址
    if (bind(svr_fd, (struct sockaddr*)&addr, addrlen))
    {
        perror("bind");
        return -1;
    }
    //监听连接
    if (listen(svr_fd, 10))
    {
        perror("listen");
        return -1;
    }
    //创建epoll对象
    int epfd = epoll_create(10);
    if (epfd < 0)
    {
        perror("epoll_create");
        return -1;
    }
    //向epoll对象中添加描述符
    struct epoll_event event;
    event.events=EPOLLIN;
    event.data.fd = svr_fd;
    if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, svr_fd, &event))
    {
        perror("epoll_ctl");
        return -1;
    }
    //定义存储监控结果的数组
    struct epoll_event events[10];

    char buf[4];
    size_t buf_size=sizeof(buf);

    while (1)
    {
        //监听
        int event_cnt=epoll_wait(epfd, events, 10, 10000);
        if (event_cnt == 0) continue;//超时
        if (event_cnt < 0)
        {
            perror("epoll_wait");
            return -1;
        }
        //遍历监听结果
        for (int i = 0; i < event_cnt; i++)
        {
            if(svr_fd==events[i].data.fd)
            {
                //有新的连接请求
                int cli_fd = accept(svr_fd, (struct sockaddr*)&addr, &addrlen);
                if (cli_fd > 0)
                {
                    event.events=EPOLLIN|EPOLLET;//加"|EPOLLET"表示设置边缘触发
                    event.data.fd = cli_fd;
                    if(epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, cli_fd, &event))
                    {
                        perror("epoll_ctl");
                        continue;
                    }
                }
            }
            else
            {
                //边缘触发，需要循环读取完整数据
                int ret=0;
                //recv函数要设置非阻塞，否则不发送数据
                while((-1!=recv(events[i].data.fd, buf, buf_size, MSG_DONTWAIT)))
                {
                    if(ret<=0 || 0==strcmp(buf, "quit"))
                    {
                        printf("客户端 %d 退出\n", events[i].data.fd);
                        epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, events[i].data.fd, NULL);
                        continue;
                    }
                    printf("recv:%s bits:%d\n", buf, ret);
                    
                    strcat(buf, ":return");
                    ret=send(events[i].data.fd, buf, strlen(buf)+1, 0);
                    if (ret <= 0)
                    {
                        printf("客户端 %d 退出\n", events[i].data.fd);
                        epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, events[i].data.fd, NULL);
                    }
                }
                // //有数据到来
                // int ret=recv(events[i].data.fd, buf, buf_size, 0);
                // if (ret <= 0)
                // {
                //     printf("客户端 %d 退出\n", events[i].data.fd);
                //     epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, events[i].data.fd, NULL);
                //     continue;
                // }
                // printf("recv:%s bits:%d\n", buf, ret);
                // strcat(buf, ":return");
                // ret=send(events[i].data.fd, buf, strlen(buf)+1, 0);
                // if (ret <= 0)
                // {
                //     printf("客户端 %d 退出\n", events[i].data.fd);
                //     epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, events[i].data.fd, NULL);
                // }
            }
        }
    }

	return 0;
}

客户端如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/select.h>


typedef struct sockaddr *SP;

int main(int argc,const char* argv[])
{
	//创建socket
	int cli_fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
	if(cli_fd<0)
	{
		perror("socket");
		return -1;
	}
	//准备通信地址
	struct sockaddr_in addr={};
	addr.sin_family=AF_INET;
	addr.sin_port=htons(8888);
	addr.sin_addr.s_addr=inet_addr("127.0.0.1");
	socklen_t addrlen=sizeof(addr);
	//连接服务器
	if(connect(cli_fd,(SP)&addr,addrlen))
	{
		perror("connect");
		return -1;
	}

	char buf[4096];
	size_t buf_size=sizeof(buf);
	while(1)
	{
		//发送请求
		printf(">>>>>");
		scanf("%s",buf);
		int ret=send(cli_fd,buf,strlen(buf)+1,0);
		//ret=write(cli_fd,buf,strlen(buf)+1);
		if(ret<=0)
		{
			printf("服务器正在升级，请稍后重试\n");
			break;
		}
		if(0==strcmp("quit",buf))
		{
			printf("通信结束\n");
			break;
		}
		//接收请求
		//int ret=read(cli_fd,buf,buf_size);
		ret=recv(cli_fd,buf,buf_size,0);
		if(ret<=0)
		{
			printf("服务器正在维护，请稍候重试\n");
			break;
		}
		printf("read:%s bits:%d\n",buf,ret);
	}
		
	return 0;
}

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