必威体育Betway必威体育官网
当前位置:首页 > IT技术

linux 高并发事件触发处理 — epoll

时间:2019-08-15 23:13:17来源:IT技术作者:seo实验室小编阅读:51次「手机版」
 

epoll

一. 概述

epoll 是 linux 内核为处理大批量文件描述符而作了改进的 poll,是 Linux 下多路复用 IO接口 select/poll 的增强版本

在 linux 的网络编程中,很长时间都在使用 select 来做事件触发。在 2.6 内核中,有一种替换它的机制,就是 epoll。

select 与 epoll 区别概述

(1) 函数使用上:epoll 使用一组函数来完成任务,而不是单个函数

(2) 效率:select 使用轮询来处理,随着监听 fd 数目的增加而降低效率。而 epoll 把用户关心的文件描述符事件放在内核里的一个事件表中,只需要一个额外的文件描述符来标识内核中的这个事件表即可。

二. epoll 接口

epoll 事件触发并发处理操作过程总共需要三个接口,下面详细说明这三个接口的使用。

头文件
#include <sys/epoll.h>

1 int epoll_create(int size);

前面说到 epoll 使用内核事件表来实现 I/O 复用,所以需要一个额外的文件描述符来标识使用的内核事件表。

epoll_create 函数就是用来获取内核事件表的特殊文件描述符,该函数返回的文件描述符将用作其他 epoll 系统调用的第一个参数,以指定要访问的内核事件表。

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

epoll 的事件注册函数,用来操作内核事件表。它不同与 select() 是在监听事件时告诉内核要监听什么类型的事件,而是在这里先注册要监听的事件类型。

参数含义:
1. epfd: 要操作的内核事件表的文件描述符,即 epoll_create 的返回值
2. op:指定操作类型,操作类型有三种:
    -> EPOLL_CTL_ADD:往内核事件表中注册指定fd 相关的事件
    -> EPOLL_CTL_MOD:修改指定 fd 上的注册事件
    -> EPOLL_CTL_DEL:删除指定 fd 的注册事件
3. fd:所要操作的文件描述符,也就是要内核事件表中监听的 fd
4. event:指定所要监听的事件类型,epoll_event 结构指针类型。
struct epoll_even 结构如下:
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 */
};

其中 events 成员描述事件类型,可以是以下几种类型宏的集合:

EPOLLIN:表示对应的文件描述符可以读(包括对端socket正常关闭);
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(这里应该表示有带外数据到来);
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: 将EPOLL设为边缘触发(Edge Triggered)模式,这是相对于水平触发(Level Triggered)来说的。
EPOLLONESHOT:只监听一次事件,当监听完这次事件之后,如果还需要继续监听这个socket的话,需要再次把这个socket加入到EPOLL队列里
返回值

epoll_ctl 成功时返回 0,失败则返回 -1,并设置 errno

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

等待事件的发生,它在一段超时时间之内等待一组文件描述符上的事件,epoll_wait 函数如果检测到事件,就将所有就绪的事件从内核事件表(epfd 参数决定)中复制到第二个参数 events 指向的数组中。

参数
(1) epfd

要操作的内核事件表的文件描述符,即 epoll_create 的返回值

(2) events

内核事件表中得到的检测事件集合

(3) maxevents & timeout

maxevents 告诉内核 events 的最大 size,timeout 指定超时时间

返回值

成功时返回就绪的文件描述符的个数,失败返回 -1 并设置 errno

三. epoll 工作模式

epoll 对文件描述符的操作有两种模式:LT(level trigger)和 ET(edge trigger)。LT 模式是默认模式,LT 模式与 ET 模式的区别如下:

LT模式:电平触发,当 epoll_wait 检测到描述符事件发生并将此事件通知应用程序,应用程序可以不立即处理该事件。下次调用 epoll_wait 时,会再次响应应用程序并通知此事件。

ET模式:边沿触发,当 epoll_wait 检测到描述符事件发生并将此事件通知应用程序,应用程序必须立即处理该事件。如果不处理,下次调用 epoll_wait 时,不会再次响应应用程序并通知此事件。

ET 模式在很大程度上减少了 epoll 事件被重复触发的次数,因此效率要比 LT 模式高。epoll 工作在 ET 模式的时候,必须使用非阻塞套接口,以避免由于一个文件句柄的阻塞读/阻塞写操作把处理多个文件描述符的任务饿死。

四. 测试程序

下面是一个服务器回射程序 echo,用来帮助理解 epoll 过程。

服务器代码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>

#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>

#define IpadDRESS   "127.0.0.1"
#define PORT        8787
#define MAXSIZE     1024
#define LISTENQ     5
#define FDSIZE      1000
#define EPOLLEVENTS 100

//函数声明
//创建套接字并进行绑定
static int socket_bind(const char* ip,int port);
//IO多路复用epoll
static void do_epoll(int listenfd);
//事件处理函数
static void
handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int listenfd,char *buf);
//处理接收到的连接
static void handle_accpet(int epollfd,int listenfd);
//读处理
static void do_read(int epollfd,int fd,char *buf);
//写处理
static void do_write(int epollfd,int fd,char *buf);
//添加事件
static void add_event(int epollfd,int fd,int state);
//修改事件
static void modify_event(int epollfd,int fd,int state);
//删除事件
static void delete_event(int epollfd,int fd,int state);

int main(int argc,char *argv[])
{
    int  listenfd;
    listenfd = socket_bind(IPADDRESS,PORT);
    listen(listenfd,LISTENQ);
    do_epoll(listenfd);
    return 0;
}

static int socket_bind(const char* ip,int port)
{
    int  listenfd;
    struct sockaddr_in servaddr;
    listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if (listenfd == -1)
    {
        pERROR("socket error:");
        exit(1);
    }
    bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    inet_pton(AF_INET,ip,&servaddr.sin_addr);
    servaddr.sin_port = htons(port);
    if (bind(listenfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) == -1)
    {
        perror("bind error: ");
        exit(1);
    }
    return listenfd;
}

static void do_epoll(int listenfd)
{
    int epollfd;
    struct epoll_event events[EPOLLEVENTS];
    int ret;
    char buf[MAXSIZE];
    memset(buf,0,MAXSIZE);
    //创建一个描述符
    epollfd = epoll_create(FDSIZE);
    //添加监听描述符事件
    add_event(epollfd,listenfd,EPOLLIN);
    for ( ; ; )
    {
        //获取已经准备好的描述符事件
        ret = epoll_wait(epollfd,events,EPOLLEVENTS,-1);
        handle_events(epollfd,events,ret,listenfd,buf);
    }
    close(epollfd);
}

static void
handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int listenfd,char *buf)
{
    int i;
    int fd;
    //进行选好遍历
    for (i = 0;i < num;i++)
    {
        fd = events[i].data.fd;
        //根据描述符的类型和事件类型进行处理
        if ((fd == listenfd) &&(events[i].events & EPOLLIN))
            handle_accpet(epollfd,listenfd);
        else if (events[i].events & EPOLLIN)
            do_read(epollfd,fd,buf);
        else if (events[i].events & EPOLLOUT)
            do_write(epollfd,fd,buf);
    }
}
static void handle_accpet(int epollfd,int listenfd)
{
    int clifd;
    struct sockaddr_in cliaddr;
    socklen_t  cliaddrlen;
    clifd = accept(listenfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&cliaddrlen);
    if (clifd == -1)
        perror("accpet error:");
    else
    {
        printf("accept a new client: %s:%d\n",inet_ntoa(cliaddr.sin_addr),cliaddr.sin_port);
        //添加一个客户描述符和事件
        add_event(epollfd,clifd,EPOLLIN);
    }
}

static void do_read(int epollfd,int fd,char *buf)
{
    int nread;
    nread = read(fd,buf,MAXSIZE);
    if (nread == -1)
    {
        perror("read error:");
        close(fd);
        delete_event(epollfd,fd,EPOLLIN);
    }
    else if (nread == 0)
    {
        fprintf(stderr,"client close.\n");
        close(fd);
        delete_event(epollfd,fd,EPOLLIN);
    }
    else
    {
        printf("read message is : %s",buf);
        //修改描述符对应的事件,由读改为写
        modify_event(epollfd,fd,EPOLLOUT);
    }
}

static void do_write(int epollfd,int fd,char *buf)
{
    int nwrite;
    nwrite = write(fd,buf,strlen(buf));
    if (nwrite == -1)
    {
        perror("write error:");
        close(fd);
        delete_event(epollfd,fd,EPOLLOUT);
    }
    else
        modify_event(epollfd,fd,EPOLLIN);
    memset(buf,0,MAXSIZE);
}

static void add_event(int epollfd,int fd,int state)
{
    struct epoll_event ev;
    ev.events = state;
    ev.data.fd = fd;
    epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_ADD,fd,&ev);
}

static void delete_event(int epollfd,int fd,int state)
{
    struct epoll_event ev;
    ev.events = state;
    ev.data.fd = fd;
    epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_DEL,fd,&ev);
}

static void modify_event(int epollfd,int fd,int state)
{
    struct epoll_event ev;
    ev.events = state;
    ev.data.fd = fd;
    epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_MOD,fd,&ev);
}
客户端也用 epoll 实现,控制 STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO 和 sockfd 三个描述符,程序如下所示:
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <arpa/inet.h>

#define MAXSIZE     1024
#define IPADDRESS   "127.0.0.1"
#define SERV_PORT   8787
#define FDSIZE        1024
#define EPOLLEVENTS 20

static void handle_connection(int sockfd);
static void
handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int sockfd,char *buf);
static void do_read(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf);
static void do_read(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf);
static void do_write(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf);
static void add_event(int epollfd,int fd,int state);
static void delete_event(int epollfd,int fd,int state);
static void modify_event(int epollfd,int fd,int state);

int main(int argc,char *argv[])
{
    int                 sockfd;
    struct sockaddr_in  servaddr;
    sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
    inet_pton(AF_INET,IPADDRESS,&servaddr.sin_addr);
    connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));
    //处理连接
    handle_connection(sockfd);
    close(sockfd);
    return 0;
}


static void handle_connection(int sockfd)
{
    int epollfd;
    struct epoll_event events[EPOLLEVENTS];
    char buf[MAXSIZE];
    int ret;
    epollfd = epoll_create(FDSIZE);
    add_event(epollfd,STDIN_FILENO,EPOLLIN);
    for ( ; ; )
    {
        ret = epoll_wait(epollfd,events,EPOLLEVENTS,-1);
        handle_events(epollfd,events,ret,sockfd,buf);
    }
    close(epollfd);
}

static void
handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int sockfd,char *buf)
{
    int fd;
    int i;
    for (i = 0;i < num;i++)
    {
        fd = events[i].data.fd;
        if (events[i].events & EPOLLIN)
            do_read(epollfd,fd,sockfd,buf);
        else if (events[i].events & EPOLLOUT)
            do_write(epollfd,fd,sockfd,buf);
    }
}

static void do_read(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf)
{
    int nread;
    nread = read(fd,buf,MAXSIZE);
        if (nread == -1)
    {
        perror("read error:");
        close(fd);
    }
    else if (nread == 0)
    {
        fprintf(stderr,"server close.\n");
        close(fd);
    }
    else
    {
        if (fd == STDIN_FILENO)
            add_event(epollfd,sockfd,EPOLLOUT);
        else
        {
            delete_event(epollfd,sockfd,EPOLLIN);
            add_event(epollfd,STDOUT_FILENO,EPOLLOUT);
        }
    }
}

static void do_write(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf)
{
    int nwrite;
    nwrite = write(fd,buf,strlen(buf));
    if (nwrite == -1)
    {
        perror("write error:");
        close(fd);
    }
    else
    {
        if (fd == STDOUT_FILENO)
            delete_event(epollfd,fd,EPOLLOUT);
        else
            modify_event(epollfd,fd,EPOLLIN);
    }
    memset(buf,0,MAXSIZE);
}

static void add_event(int epollfd,int fd,int state)
{
    struct epoll_event ev;
    ev.events = state;
    ev.data.fd = fd;
    epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_ADD,fd,&ev);
}

static void delete_event(int epollfd,int fd,int state)
{
    struct epoll_event ev;
    ev.events = state;
    ev.data.fd = fd;
    epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_DEL,fd,&ev);
}

static void modify_event(int epollfd,int fd,int state)
{
    struct epoll_event ev;
    ev.events = state;
    ev.data.fd = fd;
    epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_MOD,fd,&ev);
}

相关阅读

高并发下web服务器http异常状态码499/502/504分析

环境说明压测工具:apache/abweb服务器:NGINX/1.8.0 + PHP 5.6.25php脚本:get.php注:nignx 设置超时fastcgi_connect_timeout 60 fastc

图灵学院:Java高并发之BlockingQueue

1:BlockingQueue继承关系java.util.concurrent 包里的 BlockingQueue是一个接口, 继承Queue接口,Queue接口继承 Collection Blockin

技术揭秘一:12306是如何实现高流量高并发的关键技术?

12306网站曾被认为是&ldquo;全球最忙碌的网站&rdquo;,在应对高并发访问处理方面,曾备受网民诟病。因此记者在第一时间联系到一位对1

分享到:

栏目导航

推荐阅读

热门阅读