epoll 基于非阻塞I/O事件驱动

该程序来源于传智博客教师课件,本人只是自己对照着写了一遍并做了注释,该模型可以承载大量客户端的连接二不会出现卡顿等情况,前提是我们交互的数据很少,如果交互数据较大,该例子还是有些小问题的。大家可以自己拓展,配合多线程可以实现大数据多客户端连接传输的程序。具体代码如下:


代码实现

#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>

#define MAX_EVENTS	1024
#define BUFLEN		128
#define SERV_PORT	8080

struct myevent_s
{
	int fd;				// 监控的文件描述符 
	int events;			// 监控什么事件
	void* arg;			// 给回调函数传的参数
	void (*call_back)(int fd, int events, void* arg);
	int status;			// 当前监听标志,1为在监听,0为未监听
	char buf[BUFLEN];	// 用以发送和接收传递数据的buf
	int len;			// 用来存放 buf 长度
	long last_active;	// 最后交互时间,有超时判断
};

int g_efd;
struct myevent_s g_events[MAX_EVENTS + 1];

void eventset(struct myevent_s *ev, int fd, 
		void (*call_back)(int, int, void*), void* arg)
{
	ev->fd = fd;					// 设置文件描述符
	ev->call_back = call_back;		// 设置回调函数
	ev->events = 0;					// 设置事件为0
	ev->arg = arg;					// 设置回调函数的参数,在使用时就是传递结构体自身
	ev->status = 0;					// 设置当前监控状态
	ev->last_active = time(NULL);	// 设置最后修改时间

	return;
}

void recvdata(int fd, int events, void* arg);
void senddata(int fd, int events, void* arg);

void eventadd(int efd, int events, struct myevent_s* ev)
{
	// 声明并初始化一个epoll所需结构体
	struct epoll_event epv = {0, {0}};

	ev->events	 = events;	//设置结构体中的事件,在循环处理过程中会判断使用
	epv.events	 = events;	//设置epoll监控的事件
	epv.data.ptr = ev;		//把结构体传给epoll的联合体,触发事件时会拷贝它到数组

	// 用以给epoll_ctl传递参数
	int op;
	if (ev->status == 1)	//如果status是1证明是正在监控,再次进入该函数是想修改
	{
		op = EPOLL_CTL_MOD;	//将op设定为修改模式
	}
	else					//否则证明是首次添加到监控列表
	{
		op = EPOLL_CTL_ADD;	//将op设定为添加模式
		ev->status = 1;
	}

	// 将文件描述符添加到epoll监控列表
	int epoll = epoll_ctl(efd, op, ev->fd, &epv);
	if (epoll < 0)
	{
		printf("event add failed [fd=%d], events[%d]\n", ev->fd, events);
	}
	else
	{
		printf("event add ok [fd=%d], op=%d, events[%0X]\n", ev->fd, op, events);
	}

	return;
}

void eventdel(int efd, struct myevent_s* ev)
{
	if (ev->status != 1)	// 没有监控该事件直接退出
	{
		return;
	}

	struct epoll_event epv = {0, {0}};
	epv.data.ptr = ev;
	ev->status = 0;
	// 从epoll 监控列表中删除该文件描述符的监控
	epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_DEL, ev->fd, &epv);

	return;
}

void acceptconn(int lfd, int events, void* arg)
{
	struct sockaddr_in cin;
	socklen_t len = sizeof(cin);
	int cfd;
	int i;

	if ((cfd = accept(lfd, (struct sockaddr*)&cin, &len)) == -1)
	{
		if (errno != EAGAIN && errno != EINTR)
		{
			/* 没做出错处理  */
		}
		printf("%s: accept, %s\n", __func__, strerror(errno));
		return;
	}

	do
	{
		// 遍历全局的数组寻找到一个当前没有被监听的数组,记录到i中
		for (i = 0; i < MAX_EVENTS; i++)
		{
			if (g_events[i].status == 0)
			{
				break;
			}
		}

		// 判断 i 是不是与数组最大上限一致,如果一致证明没有空位了
		if (i == MAX_EVENTS)
		{
			printf("%s: max connect limit[%d]\n", __func__, MAX_EVENTS);
			break;
		}

		int flag = 0;
		if ((flag = fcntl(cfd, F_SETFL, O_NONBLOCK)) < 0)
		{
			printf("%s: fcntl nonblocking failed, %s\n",
					__func__, strerror(errno));
			break;
		}

		// 将这个新来的cfd初始化,让其默认相应recvdata函数
		// 把结构体自身作为回调函数的参数传递,让其可以在回调函数中使用该结构体
		eventset(&g_events[i], cfd, recvdata, &g_events[i]);
		// 添加这个新的文件描述符到监控列表
		eventadd(g_efd, EPOLLIN, &g_events[i]);
	}while (0);

	printf("new connect [%s:%d][time:%ld], pos[%d]\n",
			inet_ntoa(cin.sin_addr),	// 客户端ip
			ntohs(cin.sin_port),		// 客户端port
			g_events[i].last_active,	// 客户端最后交互时间
			i);							// 客户端在全局数组中的位置
}

void recvdata(int fd, int events, void* arg)
{
	// 先把参数转成自身结构体
	struct myevent_s* ev = (struct myevent_s*)arg;

	// 接收数据
	int len = recv(fd, ev->buf, sizeof(ev->buf), 0);
	// 接收完数据后立即从监控列表中将这个文件描述符删除
	eventdel(g_efd, ev);

	// 如果接收到了数据
	if (len > 0)
	{
		// 把读取到的字符长度赋值给结构体len,在后面的发送事件中会用到这个长度
		ev->len = len;						
		// 把buf加上\0打印一下内容		
		ev->buf[len] = '\0';				
		printf("C[%d]:%s\n", fd, ev->buf);

		// 转为发送事件
		eventset(ev, fd, senddata, ev);
		eventadd(g_efd, EPOLLOUT, ev);
	}
	else if (len == 0)
	{
		close(ev->fd);
		printf("[fd=%d] pos[%d], closed\n", fd, ev - g_events);
	}
	else
	{
		close(ev->fd);
		printf("recv[fd=%d] error[%d]:%s\n", fd, errno, strerror(errno));
	}
}

void senddata(int fd, int events, void* arg)
{
	// 把参数转成自身结构体
	struct myevent_s* ev = (struct myevent_s*)arg;
	// ev->len 是recvdata时设定的长度,ev->buf读时也用,写时也用
	int len = send(fd, ev->buf, ev->len, 0);
	// 从监控列表删除
	eventdel(g_efd, ev);

	if (len > 0)
	{
		// 如果读取到了数据,那么打印接收的数据
		printf("send[fd=%d], [%d]%s\n", fd, len, ev->buf);
		// 再次将事件添加到监控列表,回调函数改回recvdata
		eventset(ev, fd, recvdata, ev);
		// 监控 EPOLLIN 事件
		eventadd(g_efd, EPOLLIN, ev);
	}
	else
	{
		// 否则判定为出现错误,关闭文件描述符并打印错误信息
		close(ev->fd);
		printf("send[fd=%d] error %s\n", fd, strerror(errno));
	}
	return;
}

void initlistensocket(int efd, short port)
{
	int lfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	// 修改为非阻塞模式
	fcntl(lfd, F_SETFL, O_NONBLOCK);
	// 初始化结构体,g_events[MAX_EVENTS] 是结构体数组最后一个元素,用来保存lfd
	eventset(&g_events[MAX_EVENTS], lfd, acceptconn, &g_events[MAX_EVENTS]);
	// 添加到监控事件列表
	eventadd(efd, EPOLLIN, &g_events[MAX_EVENTS]);

	struct sockaddr_in sin;
	memset(&sin, 0, sizeof(sin));
	sin.sin_family = AF_INET;
	sin.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
	sin.sin_port = htons(port);

	bind(lfd, (struct sockaddr*)&sin, sizeof(sin));
	listen(lfd, 20);

	return;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
	// 接收参数传递过来的端口
	unsigned short port = SERV_PORT;
	if (argc == 2)
	{
		port = atoi(argv[1]);
	}

	// 创建epoll句柄储存到全局变量g_efd中
	g_efd = epoll_create(MAX_EVENTS + 1);
	if (g_efd <= 0)
	{
		printf("create efd in %s err %s\n", __func__, strerror(errno));
	}

	// 调用上面初始化socket的函数
	initlistensocket(g_efd, port);

	// 创建 epoll 事件循环所需的数组
	struct epoll_event events[MAX_EVENTS + 1];

	printf("server running : port[%d]\n", port);

	int checkpos = 0;
	int i;
	while (1)
	{
		// 验证客户端超时机制
		// 取当前时间
		long now = time(NULL);
		for (i = 0; i < 100; i++, checkpos++)
		{
			// 判断下标变量是否超过了数组最大值
			if (checkpos == MAX_EVENTS)
			{
				checkpos = 0;
			}
			// 如果状态不是监听中,那么跳出到下一个循环
			if (g_events[checkpos].status != 1)
			{
				continue;
			}
			// 当前时间-最后一次交互时间
			long duration = now - g_events[checkpos].last_active;
			// 如果差超过了60秒,那么关闭这个socket
			if (duration >= 60)
			{
				close(g_events[checkpos].fd);
				printf("[fd=%d] timeout\n", g_events[checkpos].fd);
				eventdel(g_efd, &g_events[checkpos]);
			}
		}

		// 等待事件发生
		int nfd = epoll_wait(g_efd, events, MAX_EVENTS + 1, 1000);
		if (nfd < 0)
		{
			printf("epoll_wait error, exit\n");
			break;
		}
		for (i = 0; i < nfd; i++)
		{
			// events[i].data.ptr 中存放的是myevent_s结构体,将其解析出来
			struct myevent_s* ev = (struct myevent_s*)events[i].data.ptr;
			// 如果epoll事件和结构体中记录的事件都是EPOLLIN那么调用结构体中的回调函数
			if ((events[i].events & EPOLLIN) && (ev->events & EPOLLIN))
			{
				ev->call_back(ev->fd, events[i].events, ev->arg);
			}
			if ((events[i].events & EPOLLOUT) && (ev->events & EPOLLOUT))
			{
				ev->call_back(ev->fd, events[i].events, ev->arg);
			}
		}
	}

	return 0;
}

 

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