一、什么是多路复用？
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关于什么是I/O多路复用，在知乎上有个很好的回答，可以参考。
这里记录一下自己的理解。我认为要理解这个术语得从两方面去出发，一是：多路是个什么概念？二是：复用的什么东西？先说第一个问题。多路指的是多条独立的i/o流，i/o流可以这么理解：读是一条流（称之为读流，比如输入流），写是一条流（称之为写流，比如输出流），异常也是一条流（称之为异常流），每条流用一个文件描述符来表示，同一个文件描述符可以同时表示读流和写流。再来看第二个方面，复用的是什么东西？复用的是线程，复用线程来跟踪每路io的状态，然后用一个线程就可以处理所有的io。
当然，不提什么I/O多路复用也能在一个线程就处理完所有的io流，用个while循环挨个处理一次不就解决了嘛？那为什么还要提出这个技术呢？原因就是刚才我们想的方法（轮询）效率太低了，资源利用率也不高。试想一下，如果某个io被设置成了阻塞io，那么其他的io将被卡死，也就浪费掉了其他的io资源。另一方面，假设所有io被设置成非阻塞，那cpu一天到晚也不用干别的事了，就在这不停的问，现在可以进行io操作了吗，直到有一个设备准备好环境才能进行io，也就是在设备准备io环境的这一段时间，cpu是没必要瞎问的，问了也没结果。
随后硬件发展起来了，有了多核的概念，也就有了多线程。这个时候可以这样做，来一条io我开一个线程，这样的话再也不用轮询了。然而，管理线程是要耗费系统资源的，程序员也开始头疼了，线程之间的交互是十分麻烦的。这样一来程序的复杂性蹭蹭蹭地往上涨，io效率是可能提高了，但是软件的开发效率却可能减低了。
所以也就有了I/O多路复用这一技术。简单来说，就是一个线程追踪多条io流（读，写，异常），但不使用轮询，而是由设备本身告知程序哪条流可用了，这样一来就解放了cpu，也充分利用io资源，下文主要讲解如何实现这一技术，linux下这一技术有三个实现，select，poll，epol.
二、select
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
int select(int max_fd, fd_set *readset, fd_set *writeset, fd_set *exceptset, struct timeval *timeout)
FD_ZERO(int fd, fd_set* fds) //清空集合
FD_SET(int fd, fd_set* fds) //将给定的描述符加入集合
FD_ISSET(int fd, fd_set* fds) //判断指定描述符是否在集合中
FD_CLR(int fd, fd_set* fds) //将给定的描述符从文件中删除 1.select函数的返回值就绪描述符的数目，超时时返回0，出错返回-1。
2.第一个参数max_fd指待测试的fd个数，它的值是待测试的最大文件描述符加1，文件描述符从0开始到max_fd-1都将被测试。
3.中间三个参数readset、writeset和exceptset指定要让内核测试读、写和异常条件的fd集合，如果不需要测试的可以设置为NULL。
测试程序：
服务器端：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <assert.h>
#define IPADDR "127.0.0.1"
#define PORT 8787
#define MAXLINE 1024
#define LISTENQ 5
#define SIZE 10
typedef struct server_context_st
{
int cli_cnt; /*客户端个数*/
int clifds[SIZE]; /*客户端的个数*/
fd_set allfds; /*句柄集合*/
int maxfd; /*句柄最大值*/
} server_context_st;
static server_context_st *s_srv_ctx = NULL;
/*===========================================================================
* ==========================================================================*/
static int create_server_proc(const char* ip,int port)
{
int fd;
struct sockaddr_in servaddr;
fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0);
if (fd == -1) {
fprintf(stderr, "create socket fail,erron:%d,reason:%s\n",
errno, strerror(errno));
return -1;
}
/*一个端口释放后会等待两分钟之后才能再被使用，SO_REUSEADDR是让端口释放后立即就可以被再次使用。*/
int reuse = 1;
if (setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse)) == -1) {
return -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(fd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) == -1) {
perror("bind error: ");
return -1;
}
listen(fd,LISTENQ);
return fd;
}
static int accept_client_proc(int srvfd)
{
struct sockaddr_in cliaddr;
socklen_t cliaddrlen;
cliaddrlen = sizeof(cliaddr);
int clifd = -1;
printf("accpet clint proc is called.\n");
ACCEPT:
clifd = accept(srvfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&cliaddrlen);
if (clifd == -1) {
if (errno == EINTR) {
goto ACCEPT;
} else {
fprintf(stderr, "accept fail,error:%s\n", strerror(errno));
return -1;
}
}
fprintf(stdout, "accept a new client: %s:%d\n",
inet_ntoa(cliaddr.sin_addr),cliaddr.sin_port);
//将新的连接描述符添加到数组中
int i = 0;
for (i = 0; i < SIZE; i++) {
if (s_srv_ctx->clifds[i] < 0) {
s_srv_ctx->clifds[i] = clifd;
s_srv_ctx->cli_cnt++;
break;
}
}
if (i == SIZE) {
fprintf(stderr,"too many clients.\n");
return -1;
}
101 }
static int handle_client_msg(int fd, char *buf)
{
assert(buf);
printf("recv buf is :%s\n", buf);
write(fd, buf, strlen(buf) +1);
return 0;
}
static void recv_client_msg(fd_set *readfds)
{
int i = 0, n = 0;
int clifd;
char buf[MAXLINE] = {0};
for (i = 0;i <= s_srv_ctx->cli_cnt;i++) {
clifd = s_srv_ctx->clifds[i];
if (clifd < 0) {
continue;
}
/*判断客户端套接字是否有数据*/
if (FD_ISSET(clifd, readfds)) {
//接收客户端发送的信息
n = read(clifd, buf, MAXLINE);
if (n <= 0) {
/*n==0表示读取完成，客户都关闭套接字*/
FD_CLR(clifd, &s_srv_ctx->allfds);
close(clifd);
s_srv_ctx->clifds[i] = -1;
continue;
}
handle_client_msg(clifd, buf);
}
}
}
static void handle_client_proc(int srvfd)
{
int clifd = -1;
int retval = 0;
fd_set *readfds = &s_srv_ctx->allfds;
struct timeval tv;
int i = 0;
while (1) {
/*每次调用select前都要重新设置文件描述符和时间，因为事件发生后，文件描述符和时间都被内核修改啦*/
FD_ZERO(readfds);
/*添加监听套接字*/
FD_SET(srvfd, readfds);
s_srv_ctx->maxfd = srvfd;
tv.tv_sec = 30;
tv.tv_usec = 0;
/*添加客户端套接字*/
for (i = 0; i < s_srv_ctx->cli_cnt; i++) {
clifd = s_srv_ctx->clifds[i];
/*去除无效的客户端句柄*/
if (clifd != -1) {
FD_SET(clifd, readfds);
}
s_srv_ctx->maxfd = (clifd > s_srv_ctx->maxfd ? clifd : s_srv_ctx->maxfd);
}
/*开始轮询接收处理服务端和客户端套接字*/
retval = select(s_srv_ctx->maxfd + 1, readfds, NULL, NULL, &tv);
if (retval == -1) {
fprintf(stderr, "select error:%s.\n", strerror(errno));
return;
}
if (retval == 0) {
fprintf(stdout, "select is timeout.\n");
continue;
}
if (FD_ISSET(srvfd, readfds)) {
/*监听客户端请求*/
accept_client_proc(srvfd);
} else {
/*接受处理客户端消息*/
recv_client_msg(readfds);
}
}
}
static void server_uninit()
{
if (s_srv_ctx) {
free(s_srv_ctx);
s_srv_ctx = NULL;
}
}
static int server_init()
{
s_srv_ctx = (server_context_st *)malloc(sizeof(server_context_st));
if (s_srv_ctx == NULL) {
return -1;
}
memset(s_srv_ctx, 0, sizeof(server_context_st));
int i = 0;
for (;i < SIZE; i++) {
s_srv_ctx->clifds[i] = -1;
}
return 0;
}
int main(int argc,char *argv[])
{
int srvfd;
/*初始化服务端context*/
if (server_init() < 0) {
return -1;
}
/*创建服务,开始监听客户端请求*/
srvfd = create_server_proc(IPADDR, PORT);
if (srvfd < 0) {
fprintf(stderr, "socket create or bind fail.\n");
goto err;
}
/*开始接收并处理客户端请求*/
handle_client_proc(srvfd);
server_uninit();
return 0;
err:
server_uninit();
return -1;
}客户端：
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/select.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <errno.h>
#define MAXLINE 1024
#define IPADDRESS "127.0.0.1"
#define SERV_PORT 8787
#define max(a,b) (a > b) ? a : b
static void handle_recv_msg(int sockfd, char *buf)
{
printf("client recv msg is:%s\n", buf);
sleep(5);
write(sockfd, buf, strlen(buf) +1);
}
static void handle_connection(int sockfd)
{
char sendline[MAXLINE],recvline[MAXLINE];
int maxfdp,stdineof;
fd_set readfds;
int n;
struct timeval tv;
int retval = 0;
while (1) {
FD_ZERO(&readfds);
FD_SET(sockfd,&readfds);
maxfdp = sockfd;
tv.tv_sec = 5;
tv.tv_usec = 0;
retval = select(maxfdp+1,&readfds,NULL,NULL,&tv);
if (retval == -1) {
return ;
}
if (retval == 0) {
printf("client timeout.\n");
continue;
}
if (FD_ISSET(sockfd, &readfds)) {
n = read(sockfd,recvline,MAXLINE);
if (n <= 0) {
fprintf(stderr,"client: server is closed.\n");
close(sockfd);
FD_CLR(sockfd,&readfds);
return;
}
handle_recv_msg(sockfd, recvline);
}
}
}
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);
int retval = 0;
retval = connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));
if (retval < 0) {
fprintf(stderr, "connect fail,error:%s\n", strerror(errno));
return -1;
}
printf("client send to server .\n");
write(sockfd, "hello server", 32);
handle_connection(sockfd);
return 0;
}三、poll
- poll的机制与select类似，与select在本质上没有多大差别，管理多个描述符也是进行轮询，根据描述符的状态进行处理，但是poll没有最大文件描述符数量的限制。poll和select同样存在一个缺点就是，包含大量文件描述符的数组被整体复制于用户态和内核的地址空间之间，而不论这些文件描述符是否就绪，它的开销随着文件描述符数量的增加而线性增大。
# include <poll.h>
int poll ( struct pollfd * fds, unsigned int nfds, int timeout);
struct pollfd {
int fd; /* 文件描述符 */
short events; /* 等待的事件 */
short revents; /* 实际发生了的事件 */
} ; 每一个pollfd结构体指定了一个被监视的文件描述符，可以传递多个结构体，指示poll()监视多个文件描述符。每个结构体的events域是监视该文件描述符的事件掩码，由用户来设置这个域。revents域是文件描述符的操作结果事件掩码，内核在调用返回时设置这个域。events域中请求的任何事件都可能在revents域中返回。合法的事件如下：
POLLIN 有数据可读。
POLLRDNORM 有普通数据可读。
POLLRDBAND 有优先数据可读。
POLLPRI 有紧迫数据可读。
POLLOUT 写数据不会导致阻塞。
POLLWRNORM 写普通数据不会导致阻塞。
POLLWRBAND 写优先数据不会导致阻塞。
POLLMSGSIGPOLL 消息可用。
此外，revents域中还可能返回下列事件：
POLLER 指定的文件描述符发生错误。
POLLHUP 指定的文件描述符挂起事件。
POLLNVAL 指定的文件描述符非法。
这些事件在events域中无意义，因为它们在合适的时候总是会从revents中返回。
使用poll()和select()不一样，你不需要显式地请求异常情况报告。
POLLIN | POLLPRI等价于select()的读事件，POLLOUT |POLLWRBAND等价于select()的写事件。POLLIN等价于POLLRDNORM |POLLRDBAND，而POLLOUT则等价于POLLWRNORM。例如，要同时监视一个文件描述符是否可读和可写，我们可以设置 events为POLLIN |POLLOUT。在poll返回时，我们可以检查revents中的标志，对应于文件描述符请求的events结构体。如果POLLIN事件被设置，则文件描述符可以被读取而不阻塞。如果POLLOUT被设置，则文件描述符可以写入而不导致阻塞。这些标志并不是互斥的：它们可能被同时设置，表示这个文件描述符的读取和写入操作都会正常返回而不阻塞。
timeout参数指定等待的毫秒数，无论I/O是否准备好，poll都会返回。timeout指定为负数值表示无限超时，使poll()一直挂起直到一个指定事件发生；timeout为0指示poll调用立即返回并列出准备好I/O的文件描述符，但并不等待其它的事件。这种情况下，poll()就像它的名字那样，一旦选举出来，立即返回。
返回值和错误代码
成功时，poll()返回结构体中revents域不为0的文件描述符个数；如果在超时前没有任何事件发生，poll()返回0；失败时，poll()返回-1，并设置errno为下列值之一：
EBADF 一个或多个结构体中指定的文件描述符无效。
EFAULTfds 指针指向的地址超出进程的地址空间。
EINTR 请求的事件之前产生一个信号，调用可以重新发起。
EINVALnfds 参数超出PLIMIT_NOFILE值。
ENOMEM 可用内存不足，无法完成请求。
服务器端程序如下：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <poll.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#define IPADDRESS "127.0.0.1"
#define PORT 8787
#define MAXLINE 1024
#define LISTENQ 5
#define OPEN_MAX 1000
#define INFTIM -1
//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poll
static void do_poll(int listenfd);
//处理多个连接
static void handle_connection(struct pollfd *connfds,int num);
int main(int argc,char *argv[])
{
int listenfd,connfd,sockfd;
struct sockaddr_in cliaddr;
socklen_t cliaddrlen;
listenfd = socket_bind(IPADDRESS,PORT);
listen(listenfd,LISTENQ);
do_poll(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_poll(int listenfd)
{
int connfd,sockfd;
struct sockaddr_in cliaddr;
socklen_t cliaddrlen;
struct pollfd clientfds[OPEN_MAX];
int maxi;
int i;
int nready;
//添加监听描述符
clientfds[0].fd = listenfd;
clientfds[0].events = POLLIN;
//初始化客户连接描述符
for (i = 1;i < OPEN_MAX;i++)
clientfds[i].fd = -1;
maxi = 0;
//循环处理
for ( ; ; )
{
//获取可用描述符的个数
nready = poll(clientfds,maxi+1,INFTIM);
if (nready == -1)
{
perror("poll error:");
exit(1);
}
//测试监听描述符是否准备好
if (clientfds[0].revents & POLLIN)
{
cliaddrlen = sizeof(cliaddr);
//接受新的连接
if ((connfd = accept(listenfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&cliaddrlen)) == -1)
{
if (errno == EINTR)
continue;
else
{
perror("accept error:");
exit(1);
}
}
fprintf(stdout,"accept a new client: %s:%d\n", inet_ntoa(cliaddr.sin_addr),cliaddr.sin_port);
//将新的连接描述符添加到数组中
for (i = 1;i < OPEN_MAX;i++)
{
if (clientfds[i].fd < 0)
{
clientfds[i].fd = connfd;
break;
}
}
if (i == OPEN_MAX)
{
fprintf(stderr,"too many clients.\n");
exit(1);
}
//将新的描述符添加到读描述符集合中
clientfds[i].events = POLLIN;
//记录客户连接套接字的个数
maxi = (i > maxi ? i : maxi);
if (--nready <= 0)
continue;
}
//处理客户连接
handle_connection(clientfds,maxi);
}
}
static void handle_connection(struct pollfd *connfds,int num)
{
int i,n;
char buf[MAXLINE];
memset(buf,0,MAXLINE);
for (i = 1;i <= num;i++)
{
if (connfds[i].fd < 0)
continue;
//测试客户描述符是否准备好
if (connfds[i].revents & POLLIN)
{
//接收客户端发送的信息
n = read(connfds[i].fd,buf,MAXLINE);
if (n == 0)
{
close(connfds[i].fd);
connfds[i].fd = -1;
continue;
}
// printf("read msg is: ");
write(STDOUT_FILENO,buf,n);
//向客户端发送buf
write(connfds[i].fd,buf,n);
}
}
}客户端代码如下所示：
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <poll.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#define MAXLINE 1024
#define IPADDRESS "127.0.0.1"
#define SERV_PORT 8787
#define max(a,b) (a > b) ? a : b
static void handle_connection(int sockfd);
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));
//处理连接描述符
handle_connection(sockfd);
return 0;
}
static void handle_connection(int sockfd)
{
char sendline[MAXLINE],recvline[MAXLINE];
int maxfdp,stdineof;
struct pollfd pfds[2];
int n;
//添加连接描述符
pfds[0].fd = sockfd;
pfds[0].events = POLLIN;
//添加标准输入描述符
pfds[1].fd = STDIN_FILENO;
pfds[1].events = POLLIN;
for (; ;)
{
poll(pfds,2,-1);
if (pfds[0].revents & POLLIN)
{
n = read(sockfd,recvline,MAXLINE);
if (n == 0)
{
fprintf(stderr,"client: server is closed.\n");
close(sockfd);
}
write(STDOUT_FILENO,recvline,n);
}
//测试标准输入是否准备好
if (pfds[1].revents & POLLIN)
{
n = read(STDIN_FILENO,sendline,MAXLINE);
if (n == 0)
{
shutdown(sockfd,SHUT_WR);
continue;
}
write(sockfd,sendline,n);
}
}
}四、select、poll的些许缺点
这两个多路复用实现的特点是：
- 每次调用select和poll都要把用户关心的事件集合（select为readfds,writefds,exceptfds集合，poll为fds结构体数组）从用户空间到内核空间。
- 如果某一时间段内，只有少部分事件是活跃的（用户关心的事件集合只有少部分事件会发生），会浪费cpu在对无效事件轮询上，使得效率较低，比如，用户关心1024个tcp socket的读事件，当是，每次调用select或poll时只有1个tcp链接是活跃的，那么对其他1023个事件的轮询是没有必要的。
select支持的文件描述符数量较小，一般只有1024，poll虽然没有这个限制，但基于上面两个原因，poll和select存在同样一个缺点，就是包含大量文件描述符的数组被整体复制于用户态和内核的地址空间之间，而且不论这些文件描述符是否就绪，每次都会轮询所有描述符的状态，使得他们的开销随着文件描述符数量的增加而线性增大。epoll针对这几个缺点进行了改进，不再像select和poll那样，每次调用select和poll都把描述符集合拷贝到内核空间，而是一次注册永久使用；另一方面，epoll也不会对每个描述符都轮询时间是否发生，而是只针对事件已经发生的文件描述符进行资源抢占（因为同一个描述符资源（如可读或可写）可能阻塞了多个进程，调用epoll的进程需要与这些进程抢占该相应资源）。下面记录一下自己对epoll的学习和理解。
五、epoll
epoll是在2.6内核中提出的，是之前的select和poll的增强版本。相对于select和poll来说，epoll更加灵活，没有描述符限制。epoll使用一个文件描述符管理多个描述符，将用户关系的文件描述符的事件存放到内核的一个事件表中，这样在用户空间和内核空间的copy只需一次。
#include <sys/epoll.h>
int epoll_create(int size);
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
struct epoll_event {
__uint32_t events; /* Epoll events */
epoll_data_t data; /* User data variable */
};
（1） int epoll_create(int size);
创建一个epoll的句柄，size用来告诉内核这个监听的数目一共有多大。这个参数不同于select()中的第一个参数，给出最大监听的fd+1的值。需要注意的是，当创建好epoll句柄后，它就是会占用一个fd值，在linux下如果查看/proc/进程id/fd/，是能够看到这个fd的，所以在使用完epoll后，必须调用close()关闭，否则可能导致fd被耗尽。
（2）int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
epoll的事件注册函数，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epoll的事件注册函数，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。第一个参数是epoll_create()的返回值，第二个参数表示动作，用三个宏来表示：
EPOLL_CTL_ADD：注册新的fd到epfd中；
EPOLL_CTL_MOD：修改已经注册的fd的监听事件；
EPOLL_CTL_DEL：从epfd中删除一个fd；
events可以是以下几个宏的集合：
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
（3） int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
等待事件的产生，类似于select()调用。参数events用来从内核得到事件的集合，maxevents告之内核这个events有多大，这个maxevents的值不能大于创建epoll_create()时的size，参数timeout是超时时间（毫秒，0会立即返回，-1将不确定，也有说法说是永久阻塞）。该函数返回需要处理的事件数目，如返回0表示已超时。
服务器代码如下所示：
#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);
}