epoll反应堆模型
2024-06-12 04:35:06
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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 }
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