epoll 反应堆

Posted 2020-08-17

 

epoll反应堆模型

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下面代码实现的思想：epoll反应堆模型：（ libevent 网络编程开源库 核心思想）

1.　　普通多路IO转接服务器： 红黑树 ―― 添加待监听的结点 ―― epoll_ctl ―― EPOLLIN ―― fd ―― 监听 ―― epoll_wait ――

　　返回满足监听事件的fd的总个数 ―― 传出参数 events数组 ―― 内部元素 ――满足对应监听事件的fd

　　―― 判断对应事件 ―― Accept、Read。――循环 epoll_wait 监听

2.　　epoll反应堆模型： 创建红黑树 ―― 添加监听结点 ―― epoll_ctl ―― EPOLLIN ―― fd ―― 监听 ―― epoll_wait ―― 将结点从树上摘下

　　―― 大写转小写 ―― 修改fd的监听事件 ―― EPOLLOUT ―― 重新添加到红黑树 ―― 监听 ―― epoll_wait ―― 写数据到

　　客户端 ―― 再将结点从树上摘下 ―― 修改监听时间 ―― EPOLLIN ―― 挂上红黑树监听。

　　添加监听写事件的目的： “滑动窗口”已满，绕过写。epoll_wait满足后再进行写。

 

  1 /*
  2  *epoll基于非阻塞I/O事件驱动
  3  */
  4 #include <stdio.h>
  5 #include <sys/socket.h>
  6 #include <sys/epoll.h>
  7 #include <arpa/inet.h>
  8 #include <fcntl.h>
  9 #include <unistd.h>
 10 #include <errno.h>
 11 #include <string.h>
 12 #include <stdlib.h>
 13 #include <time.h> 
 14 
 15 #define MAX_EVENTS  1024                                    //监听上限数
 16 #define BUFLEN 4096
 17 #define SERV_PORT   8080
 18 
 19 void recvdata(int fd, int events, void *arg);
 20 void senddata(int fd, int events, void *arg);
 21 
 22 /* 描述就绪文件描述符相关信息 */
 23 
 24 struct myevent_s {
 25     int fd;                                                 //要监听的文件描述符
 26     int events;                                             //对应的监听事件
 27     void *arg;                                              //泛型参数
 28     void (*call_back)(int fd, int events, void *arg);       //回调函数
 29     int status;                                             //是否在监听:1->在红黑树上(监听), 0->不在(不监听)
 30     char buf[BUFLEN];
 31     int len;
 32     long last_active;                                       //记录每次加入红黑树 g_efd 的时间值
 33 };
 34 
 35 int g_efd;                                                  //全局变量, 保存epoll_create返回的文件描述符
 36 struct myevent_s g_events[MAX_EVENTS+1];                    //自定义结构体类型数组. +1-->listen fd
 37 
 38 
 39 /*将结构体 myevent_s 成员变量 初始化*/
 40 
 41 void eventset(struct myevent_s *ev, int fd, void (*call_back)(int, int, void *), void *arg)
 42 {
 43     ev->fd = fd;
 44     ev->call_back = call_back;
 45     ev->events = 0;
 46     ev->arg = arg;
 47     ev->status = 0;
 48     memset(ev->buf, 0, sizeof(ev->buf));
 49     ev->len = 0;
 50     ev->last_active = time(NULL);                       //调用eventset函数的时间
 51 
 52     return;
 53 }
 54 
 55 /* 向 epoll监听的红黑树 添加一个 文件描述符 */
 56 
 57 void eventadd(int efd, int events, struct myevent_s *ev)
 58 {
 59     struct epoll_event epv = {0, {0}};
 60     int op;
 61     epv.data.ptr = ev;
 62     epv.events = ev->events = events;       //EPOLLIN 或 EPOLLOUT
 63 
 64     if (ev->status == 0) {                                          //已经在红黑树 g_efd 里
 65         op = EPOLL_CTL_ADD;                 //将其加入红黑树 g_efd, 并将status置1
 66         ev->status = 1;
 67     }
 68 
 69     if (epoll_ctl(efd, op, ev->fd, &epv) < 0)                       //实际添加/修改
 70         printf("event add failed [fd=%d], events[%d]\n", ev->fd, events);
 71     else
 72         printf("event add OK [fd=%d], op=%d, events[%0X]\n", ev->fd, op, events);
 73 
 74     return ;
 75 }
 76 
 77 /* 从epoll 监听的 红黑树中删除一个 文件描述符*/
 78 
 79 void eventdel(int efd, struct myevent_s *ev)
 80 {
 81     struct epoll_event epv = {0, {0}};
 82 
 83     if (ev->status != 1)                                        //不在红黑树上
 84         return ;
 85 
 86     //epv.data.ptr = ev;
 87     epv.data.ptr = NULL;
 88     ev->status = 0;                                             //修改状态
 89     epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_DEL, ev->fd, &epv);                //从红黑树 efd 上将 ev->fd 摘除
 90 
 91     return ;
 92 }
 93 
 94 /*  当有文件描述符就绪, epoll返回, 调用该函数 与客户端建立链接 */
 95 
 96 void acceptconn(int lfd, int events, void *arg)
 97 {
 98     struct sockaddr_in cin;
 99     socklen_t len = sizeof(cin);
100     int cfd, i;
101 
102     if ((cfd = accept(lfd, (struct sockaddr *)&cin, &len)) == -1) {
103         if (errno != EAGAIN && errno != EINTR) {
104             /* 暂时不做出错处理 */
105         }
106         printf("%s: accept, %s\n", __func__, strerror(errno));
107         return ;
108     }
109 
110     do {
111         for (i = 0; i < MAX_EVENTS; i++)                                //从全局数组g_events中找一个空闲元素
112             if (g_events[i].status == 0)                                //类似于select中找值为-1的元素
113                 break;                                                  //跳出 for
114 
115         if (i == MAX_EVENTS) {
116             printf("%s: max connect limit[%d]\n", __func__, MAX_EVENTS);
117             break;                                                      //跳出do while(0) 不执行后续代码
118         }
119 
120         int flag = 0;
121         if ((flag = fcntl(cfd, F_SETFL, O_NONBLOCK)) < 0) {             //将cfd也设置为非阻塞
122             printf("%s: fcntl nonblocking failed, %s\n", __func__, strerror(errno));
123             break;
124         }
125 
126         /* 给cfd设置一个 myevent_s 结构体, 回调函数 设置为 recvdata */
127 
128         eventset(&g_events[i], cfd, recvdata, &g_events[i]);   
129         eventadd(g_efd, EPOLLIN, &g_events[i]);                         //将cfd添加到红黑树g_efd中,监听读事件
130 
131     } while(0);
132 
133     printf("new connect [%s:%d][time:%ld], pos[%d]\n", 
134             inet_ntoa(cin.sin_addr), ntohs(cin.sin_port), g_events[i].last_active, i);
135     return ;
136 }
137 
138 void recvdata(int fd, int events, void *arg)
139 {
140     struct myevent_s *ev = (struct myevent_s *)arg;
141     int len;
142 
143     len = recv(fd, ev->buf, sizeof(ev->buf), 0);            //读文件描述符, 数据存入myevent_s成员buf中
144 
145     eventdel(g_efd, ev);        //将该节点从红黑树上摘除
146 
147     if (len > 0) {
148 
149         ev->len = len;
150         ev->buf[len] = ‘\0‘;                                //手动添加字符串结束标记
151         printf("C[%d]:%s\n", fd, ev->buf);
152 
153         eventset(ev, fd, senddata, ev);                     //设置该 fd 对应的回调函数为 senddata
154         eventadd(g_efd, EPOLLOUT, ev);                      //将fd加入红黑树g_efd中,监听其写事件
155 
156     } else if (len == 0) {
157         close(ev->fd);
158         /* ev-g_events 地址相减得到偏移元素位置 */
159         printf("[fd=%d] pos[%ld], closed\n", fd, ev-g_events);
160     } else {
161         close(ev->fd);
162         printf("recv[fd=%d] error[%d]:%s\n", fd, errno, strerror(errno));
163     }
164 
165     return;
166 }
167 
168 void senddata(int fd, int events, void *arg)
169 {
170     struct myevent_s *ev = (struct myevent_s *)arg;
171     int len;
172 
173     len = send(fd, ev->buf, ev->len, 0);                    //直接将数据 回写给客户端。未作处理
174     /*
175     printf("fd=%d\tev->buf=%s\ttev->len=%d\n", fd, ev->buf, ev->len);
176     printf("send len = %d\n", len);
177     */
178     eventdel(g_efd, ev);                                //从红黑树g_efd中移除
179 
180     if (len > 0) {
181 
182         printf("send[fd=%d], [%d]%s\n", fd, len, ev->buf);
183         eventset(ev, fd, recvdata, ev);                     //将该fd的 回调函数改为 recvdata
184         eventadd(g_efd, EPOLLIN, ev);                       //从新添加到红黑树上， 设为监听读事件
185 
186     } else {
187         close(ev->fd);                                      //关闭链接
188         printf("send[fd=%d] error %s\n", fd, strerror(errno));
189     }
190 
191     return ;
192 }
193 
194 /*创建 socket, 初始化lfd */
195 
196 void initlistensocket(int efd, short port)
197 {
198     struct sockaddr_in sin;
199 
200     int lfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
201     fcntl(lfd, F_SETFL, O_NONBLOCK);                                            //将socket设为非阻塞
202 
203     memset(&sin, 0, sizeof(sin));                                               //bzero(&sin, sizeof(sin))
204     sin.sin_family = AF_INET;
205     sin.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
206     sin.sin_port = htons(port);
207 
208     bind(lfd, (struct sockaddr *)&sin, sizeof(sin));
209 
210     listen(lfd, 20);
211 
212     /* void eventset(struct myevent_s *ev, int fd, void (*call_back)(int, int, void *), void *arg);  */
213     eventset(&g_events[MAX_EVENTS], lfd, acceptconn, &g_events[MAX_EVENTS]);
214 
215     /* void eventadd(int efd, int events, struct myevent_s *ev) */
216     eventadd(efd, EPOLLIN, &g_events[MAX_EVENTS]);
217 
218     return ;
219 }
220 
221 int main(int argc, char *argv[])
222 {
223     unsigned short port = SERV_PORT;
224 
225     if (argc == 2)
226         port = atoi(argv[1]);                           //使用用户指定端口.如未指定,用默认端口
227 
228     g_efd = epoll_create(MAX_EVENTS+1);                 //创建红黑树,返回给全局 g_efd 
229     if (g_efd <= 0)
230         printf("create efd in %s err %s\n", __func__, strerror(errno));
231 
232     initlistensocket(g_efd, port);                      //初始化监听socket
233 
234     struct epoll_event events[MAX_EVENTS+1];            //保存已经满足就绪事件的文件描述符数组 
235     printf("server running:port[%d]\n", port);
236 
237     int checkpos = 0, i;
238     while (1) {
239         /* 超时验证，每次测试100个链接，不测试listenfd 当客户端60秒内没有和服务器通信，则关闭此客户端链接 */
240 
241         long now = time(NULL);                          //当前时间
242         for (i = 0; i < 100; i++, checkpos++) {         //一次循环检测100个。 使用checkpos控制检测对象
243             if (checkpos == MAX_EVENTS)
244                 checkpos = 0;
245             if (g_events[checkpos].status != 1)         //不在红黑树 g_efd 上
246                 continue;
247 
248             long duration = now - g_events[checkpos].last_active;       //客户端不活跃的世间
249 
250             if (duration >= 60) {
251                 close(g_events[checkpos].fd);                           //关闭与该客户端链接
252                 printf("[fd=%d] timeout\n", g_events[checkpos].fd);
253                 eventdel(g_efd, &g_events[checkpos]);                   //将该客户端 从红黑树 g_efd移除
254             }
255         }
256 
257         /*监听红黑树g_efd, 将满足的事件的文件描述符加至events数组中, 1秒没有事件满足, 返回 0*/
258         int nfd = epoll_wait(g_efd, events, MAX_EVENTS+1, 1000);
259         if (nfd < 0) {
260             printf("epoll_wait error, exit\n");
261             break;
262         }
263 
264         for (i = 0; i < nfd; i++) {
265             /*使用自定义结构体myevent_s类型指针, 接收 联合体data的void *ptr成员*/
266             struct myevent_s *ev = (struct myevent_s *)events[i].data.ptr;  
267 
268             if ((events[i].events & EPOLLIN) && (ev->events & EPOLLIN)) {           //读就绪事件
269                 ev->call_back(ev->fd, events[i].events, ev->arg);
270             }
271             if ((events[i].events & EPOLLOUT) && (ev->events & EPOLLOUT)) {         //写就绪事件
272                 ev->call_back(ev->fd, events[i].events, ev->arg);
273             }
274         }
275     }
276 
277     /* 退出前释放所有资源 */
278     return 0;
279 }