Linux下EPoll通訊模型簡析

        EPoll基於I/O的事件通知機制，由系統通知使用者那些SOCKET觸發了那些相關I/O事件，事件中包含對應的檔案描述符以及事件型別，這樣應用程式可以針對事件以及事件的source做相應的處理(Acception,Read,Write,Error)。相比原先的SELECT模型(使用者主動依次檢查SOCKET)，變成被動等待系統告知處於活躍狀態的SOCKET,效能提升不少(不需要依次遍歷所有的SOCKET,而只是對活躍SOCKET進行事件處理)。

　　基本步驟：

　　擅長對大量併發使用者的請求進行及時處理，完成伺服器與客戶端的資料互動。一個簡單實現步驟如下：

　　(1) 建立偵聽socket:ListenSock,將該描述符設定為非阻塞模式，呼叫Listen()函式在該套接字上偵聽連線請求。

　　(2) 使用epoll_create()函式建立檔案描述，設定可管理的最大socket描述符數目。

　　(3) 將ListenSock註冊進EPoll中進行監測

　　(4) EPoll監視啟動，epoll_wait()等待epoll事件發生。

　　(5)如果epoll事件表明有新的連線請求，則呼叫accept()函式，並將新建立連線新增到EPoll中。若為讀寫或者報錯等，呼叫對應的Handle進行處理。

　　(6) 繼續監視，直至停止。

上訴過程只是一個簡單的線性例項，在實際的應用過程中，為了提高監視效率，常常將EPOLL監聽到的事件交給其他專門的任務執行緒進行處理，以提高EPoll監視的效率。

　　主要涉及API

　　1.EPoll建立

　　int epoll_create(int size)

　　該函式生成一個epoll專用檔案描述符，其中的引數是指定生成描述符的最大範圍。在linux-2.4.32核心中根據size大小初始化雜湊表的大小，在linux2.6.10核心中該引數無用，使用紅黑樹管理所有的檔案描述符，而不是hash.

　　2、epoll_ctl函式

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

　　該函式用於控制某個檔案描述符上的事件，可以註冊事件，修改事件，刪除事件。

　　引數：epfd:由 epoll_create 生成的epoll專用檔案描述符;

　　op:操作型別，有如下取值：

　　EPOLL_CTL_ADD 註冊、

　　EPOLL_CTL_MOD 修改、

　　EPOLL_CTL_DEL 刪除

　　fd:要控制的檔案描述符;

　　event:指向epoll_event的指標; 如果呼叫成功返回0,不成功返回-1

　　epoll_event 結構體的events欄位是表示感興趣的事件，取值為：

　　EPOLLIN:表示對應的檔案描述符可以讀;

　　EPOLLOUT:表示對應的檔案描述符可以寫;

　　EPOLLPRI:表示對應的檔案描述符有緊急的資料可讀;

　　EPOLLERR:表示對應的檔案描述符發生錯誤;

　　EPOLLHUP:表示對應的檔案描述符被結束通話;

　　EPOLLET:表示對應的檔案描述符有事件發生;

　　3、事件等待函式

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

　　該函式用於輪詢I/O事件的發生;

　　引數： epfd:由epoll_create 生成的epoll專用的檔案描述符;

　　epoll_event:用於回傳等待處理的事件陣列;

　　maxevents:每次能處理的事件數;

　　timeout:等待I/O事件發生的超時值(ms);-1永不超時，直到有事件產生才觸發，0立即返回

　　主要資料結構：

　　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 */

　　};

　　一般我們在程式設計時，利用event變數儲存事件對應的檔案描述符以及事件型別。

　　例項程式碼

　　伺服器段程式碼

　　int EPollServer()

　　{

　　int srvPort = 6888;

　　initSrvSocket(srvPort);

　　/* 建立 epoll 控制程式碼，把監聽socket加入到epoll集合裡 */

　　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)

　　{

　　/*等待事件發生*/

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

　　if ( nfds == -1 )

　　{

　　printf( “epoll_wait”);

　　continue;

　　}

　　/* 處理所有事件 */

　　int n = 0;

　　for (; n < nfds; n++)

　　handleEvent(eventList + n);

　　}

　　close(epollfd);

　　close(srvfd);

　　};

　　在事件處理handleEvent中(分為連線事件處理以及資料接收傳送事件)

　　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);

　　}

　　}

　　//從標準輸入讀取資料，傳送給伺服器端，伺服器端在原樣返回，客戶端再接收並予以顯示

　　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 terminatedprematurely\n”);

　　break;

　　}

　　write(STDOUT_FILENO, recvline, n);

　　//如果用標準庫的快取流輸出有時會出現問題

　　//fputs(recvline, stdout);

　　}

　　}

　　執行結果(Linux下截圖麻煩，直接複製控制檯結果)

　　客戶端：

　　administrator@ubuntu:~$ ./echoclient

　　welcome to echoclient

　　123456

　　123456

　　伺服器端：

　　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.此處只是學習了EPoll基本模型，在實際應用中，為了提高EPoll模型的監視效率，一般在監視執行緒中只做監視，不過事件處理工作，而是將事件交付其他執行緒處理。

　　2. 為了提高事件處理的效率，所以我們儘量避免在有事件時開闢執行緒處理，處理完關閉，一般在系統啟動時會建立執行緒池，將事件交與執行緒池中的空閒執行緒進行處理。在事件的處理過程中不會有縣城的建立、銷燬等操作。效率也提高了。