Linux系统编程—epoll

epoll 的优点：

• 当检查大量的文件描述符时，epoll 的性能比 select() 和 poll() 要高。
• epoll 既支持水平触发也支持边缘触发，select() 和 poll() 只支持水平触发。

epoll 的缺点：epoll 是 Linux 特有的，不可移植。

#include 

int epoll_create(int size);

• 创建一个新的 epoll 实例。size 参数告诉内核应如何为内部数据结构划分初始大小，自 Linux 2.6.8 以后，size 参数被忽略不用。
• 出错时返回 -1，成功时返回 epoll 实例的文件描述符，当这个文件描述符不再需要时，应通过 close() 来关闭它。

#include 

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

• 修改文件描述符 epfd 所指代的 epoll 实例的兴趣列表。

• 成功时返回 0，出错时返回 -1。

• fd 指明了要修改兴趣列表中的哪一个文件描述符的设置，它可以是管道、FIFO、套接字、POSIX 消息队列、inotify 实例、另一个 epoll 实例的文件描述符，但不能是普通文件或目录。

• op 指明了要执行何种操作，可以为：

  • EPOLL_CTL_ADD：添加 fd 至兴趣列表中去，感兴趣的事件由 event 参数指定；兴趣列表中必须事先不存在 fd。
  • EPOLL_CTL_MOD：修改 fd 的感兴趣事件为 event 中指定的值，fd 必须已存在于兴趣列表中。
  • EPOLL_CTL_DEL：从兴趣列表中移除 fd，忽略 event 参数；fd 必须已存在于兴趣列表中。

• event 参数指定了感兴趣的事件：

  typedef union epoll_data {
     void        *ptr;
     int          fd;
     uint32_t     u32;
     uint64_t     u64;
  } epoll_data_t;
  
  struct epoll_event {
     uint32_t     events;      
     epoll_data_t data;        
  };
  

  • epoll_event 中的 events 字段指定了要监听哪些事件，data 字段用于指定当事件就绪时回传给调用进程的信息。
  • 常用的事件如下：
    • EPOLLIN：读就绪；
    • EPOLLOUT：写就绪；
    • EPOLLRDHUP：流套接字的对端关闭或关闭了写端；
    • EPOLLERR：有错误发生，总是会监听此类事件，无需手动指定；
    • EPOLLHUP：出现挂断，总是会监听此类事件，无需手动指定；
    • EPOLLET：使用边缘触发；
    • EPOLLONESHOT：一次性检查，即完成通知后禁用检查；

#include 

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

• 保持阻塞，直到有事件就绪或超时。
• 出错时返回 -1，超时时返回 0，否则返回就绪的文件描述符个数。
• events 是一个传入传出参数，其大小为 maxevents，调用返回时，其保存了所有已就绪的文件描述符及相应的就绪事件。
• timeout 用于指定超时时间，以毫秒为单位，-1 表示一直阻塞，0 表示执行一次非阻塞查询。
• 可以在一个线程中调用 epoll_ctl()，另一个线程中执行 epoll_wait()。

#include 
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#include 
#include 
#include 

static uint16_t Port = 6666;
static const char* IP = "127.0.0.1";
static std::string Msg("Hello, World!");
static constexpr size_t MSG_LEN = 13;
static std::mutex ioLock;

class IOManager {
public:
    IOManager(int listenFd=-1, int size=4);
    ~IOManager();

    void run();
    void add_read(int fd);
    void add_write(int fd);
    void del(int fd);

private:
    int m_epFd;
    int m_listenFd;
    int m_size;
    struct epoll_event* m_eventList;
};

IOManager::IOManager(int listenFd, int size): m_listenFd(listenFd), m_size(size), m_eventList(nullptr) {
    m_epFd = epoll_create(m_size);
    m_eventList = new struct epoll_event[m_size];

    if (m_listenFd >= 0) {
        add_read(m_listenFd);
    }
}

IOManager::~IOManager() {
    if (m_eventList) {
        delete [] m_eventList;
    }
    if (m_epFd >= 0) {
        close(m_epFd);
    }
}

void IOManager::add_read(int fd) {
    struct epoll_event ev;
    ev.events = EPOLLIN;
    ev.data.fd = fd;

    epoll_ctl(m_epFd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &ev);
}

void IOManager::add_write(int fd) {
    struct epoll_event ev;
    ev.events = EPOLLOUT;
    ev.data.fd = fd;

    epoll_ctl(m_epFd, EPOLL_CTL_MOD, fd, &ev);
}

void IOManager::del(int fd) {
    epoll_ctl(m_epFd, EPOLL_CTL_DEL, fd, NULL);
}

void IOManager::run() {
    int nReady;
    char buf[MSG_LEN];
    int fd;
    uint32_t events;

    while (true) {
        nReady = epoll_wait(m_epFd, m_eventList, m_size, -1);
        if (nReady == -1) {
            perror("epoll_wait()");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }

        for (int i = 0; i < nReady; i++) {
            fd = m_eventList[i].data.fd;
            events = m_eventList[i].events;

            if (fd == m_listenFd) {
                int connFd = accept(m_listenFd, NULL, NULL);
                if (connFd == -1) {
                    perror("accept()");
                } else {
                    add_read(connFd);
                }
            } else if (events & EPOLLIN) {
                read(fd, buf, MSG_LEN);
                add_write(fd);
            } else if (events & EPOLLOUT) {
                write(fd, Msg.data(), MSG_LEN);
                del(fd);
                close(fd);
            }

            if (events & (EPOLLERR | EPOLLRDHUP | EPOLLHUP)) {
                del(fd);
                close(fd);
            }
        }
    }
}

void server() {
    int listenSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    int value = 1;
    setsockopt(listenSock, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &value, sizeof(int));

    struct sockaddr_in addr;
    memset(&addr, 0, sizeof(addr));
    addr.sin_port = htons(Port);
    addr.sin_family = AF_INET;
    inet_pton(AF_INET, IP, &addr.sin_addr);

    bind(listenSock, (const struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));
    listen(listenSock, 4);

    IOManager manager(listenSock);
    manager.run();
}

void client() {
    using namespace std::literals;

    std::this_thread::sleep_for(1s);

    int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    struct sockaddr_in addr;
    memset(&addr, 0, sizeof(addr));
    addr.sin_port = htons(Port);
    addr.sin_family = AF_INET;
    inet_pton(AF_INET, IP, &addr.sin_addr);

    connect(sock, (const struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));

    char buf[MSG_LEN+1] = {0};
    ssize_t n = write(sock, Msg.c_str(), MSG_LEN);
    read(sock, buf, n);

    std::lock_guard lock(ioLock);
    std::cout << "client: " << buf << 'n';

    close(sock);
}

int main() {
    constexpr int N = 4;
    for (int i = 0; i < N; i++)
    {
        std::thread t(client);
        t.detach();
    }

    std::thread st(server);
    st.join();

    return 0;
}