(摘)I/O多路复用详解(二)
(整理)并发编程之一:多进程

(转)I/O多路复用详解(三)

孔令春 posted @ 2009年10月16日 09:10 in 网络安全 with tags epoll , 4437 阅读

 4、epoll 

    在linux的网络编程中,很长的一段时间都在使用select来做事件触发。然而select逐渐暴露出了一些缺陷,使得linux不得不在新的内核中寻找出替代方案,那就是epoll。其实,epoll与select原理类似,只不过,epoll作出了一些重大改进,即:

      a、当它们所监听的集合中有状态发生改变时,select需要循环检查整个集合,才能确定那个文件描述符状态发生改变,进而进行操作;而epoll在添加文件描述符到集合时,已经绑定了该文件描述符的对应函数,因此,当该文件描述符状态改变时,不需要循环查询整个集合,因而将复杂度由0(n)将为o(1),性能得到几何量级的提高,尤其是在大量连接的情况下。

       b、再有,select所监听的描述字最大数目是有一定限制的,由FD_SETSIZE设置,通常是1024。对于那些需要支持的上万连接数目的web服务器来说显然是太少了,尽管可以通过修改头文件再重编译内核来扩大这个数目,不过资料也同时指出这样会带来网络效率的下降。(详细请参考:epoll 相对于poll的优点

epoll的接口非常简单,一共就三个函数:

(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。需要注意的是,当创建好epoll句柄后,epoll本身就占用一个fd值,所以用完后必须调用close()关闭,以防止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,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;

第三个参数是需要监听的fd,第四个参数是告诉内核需要监听什么事件,struct epoll_event结构如下:

            struct epoll_event{

                      __uint32_t events; //epoll events

                     epoll_data_t data;   //user data variable

            };

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。

      令人高兴的是,2.6内核的epoll比其2.5开发版本的/dev/epoll简洁了许多,所以,大部分情况下,强大的东西往往是简单的。唯一有点麻烦是epoll有2种工作方式:LT和ET。

       LT(level triggered)是缺省的工作方式,并且同时支持block和no-block socket.在这种做法中,内核告诉你一个文件描述符是否就绪了,然后你可以对这个就绪的fd进行IO操作。如果你不作任何操作,内核还是会继续通知你的,所以,这种模式编程出错误可能性要小一点。传统的select/poll都是这种模型的代表.

       ET (edge-triggered)是高速工作方式,只支持no-block socket。在这种模式下,当描述符从未就绪变为就绪时,内核通过epoll告诉你。然后它会假设你知道文件描述符已经就绪,并且不会再为那个文件描述符发送更多的就绪通知,直到你做了某些操作导致那个文件描述符不再为就绪状态了(比如,你在发送,接收或者接收请求,或者发送接收的数据少于一定量时导致了一个EWOULDBLOCK 错误)。但是请注意,如果一直不对这个fd作IO操作(从而导致它再次变成未就绪),内核不会发送更多的通知(only once),不过在TCP协议中,ET模式的加速效用仍需要更多的benchmark确认。

注:以上参考epoll精髓一文。

一个epoll的例子:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <openssl/ssl.h>
#include <openssl/err.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/resource.h>


#define MAXBUF 1024
#define MAXEPOLLSIZE 10000

/*
setnonblocking - 设置句柄为非阻塞方式
*/
int setnonblocking(int sockfd)
{
    if (fcntl(sockfd, F_SETFL, fcntl(sockfd, F_GETFD, 0)|O_NONBLOCK) == -1) {
        return -1;
    }
    return 0;
}

/*
handle_message - 处理每个 socket 上的消息收发
*/
int handle_message(int new_fd)
{
    char buf[MAXBUF + 1];
    int len;
    /* 开始处理每个新连接上的数据收发 */
    bzero(buf, MAXBUF + 1);
    /* 接收客户端的消息 */
    len = recv(new_fd, buf, MAXBUF, 0);
    if (len > 0)
        printf
            ("%d接收消息成功:'%s',共%d个字节的数据\n",
             new_fd, buf, len);
    else {
        if (len < 0)
            printf
                ("消息接收失败!错误代码是%d,错误信息是'%s'\n",
                 errno, strerror(errno));
        close(new_fd);
        return -1;
    }
    /* 处理每个新连接上的数据收发结束 */
    return len;
}
/************关于本文档********************************************
*filename: epoll-server.c
*purpose: 演示epoll处理海量socket连接的方法
*wrote by: zhoulifa(zhoulifa@163.com) 周立发(http://zhoulifa.bokee.com)
Linux爱好者 Linux知识传播者 SOHO族 开发者 最擅长C语言
*date time:2007-01-31 21:00
*Note: 任何人可以任意复制代码并运用这些文档,当然包括你的商业用途
* 但请遵循GPL
*Thanks to:Google
*Hope:希望越来越多的人贡献自己的力量,为科学技术发展出力
* 科技站在巨人的肩膀上进步更快!感谢有开源前辈的贡献!
*********************************************************************/
int main(int argc, char **argv)
{
    int listener, new_fd, kdpfd, nfds, n, ret, curfds;
    socklen_t len;
    struct sockaddr_in my_addr, their_addr;
    unsigned int myport, lisnum;
    struct epoll_event ev;
    struct epoll_event events[MAXEPOLLSIZE];
    struct rlimit rt;

    if (argv[1])
        myport = atoi(argv[1]);
    else
        myport = 7838;

    if (argv[2])
        lisnum = atoi(argv[2]);
    else
        lisnum = 2;

    /* 设置每个进程允许打开的最大文件数 */
    rt.rlim_max = rt.rlim_cur = MAXEPOLLSIZE;
    if (setrlimit(RLIMIT_NOFILE, &rt) == -1) {
        perror("setrlimit");
        exit(1);
    }
    else printf("设置系统资源参数成功!\n");

    /* 开启 socket 监听 */
    if ((listener = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {
        perror("socket");
        exit(1);
    } else
        printf("socket 创建成功!\n");

    setnonblocking(listener);

    bzero(&my_addr, sizeof(my_addr));
    my_addr.sin_family = PF_INET;
    my_addr.sin_port = htons(myport);
    if (argv[3])
        my_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[3]);
    else
        my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

    if (bind
        (listener, (struct sockaddr *) &my_addr, sizeof(struct sockaddr))
        == -1) {
        perror("bind");
        exit(1);
    } else
        printf("IP 地址和端口绑定成功\n");

    if (listen(listener, lisnum) == -1) {
        perror("listen");
        exit(1);
    } else
        printf("开启服务成功!\n");

    /* 创建 epoll 句柄,把监听 socket 加入到 epoll 集合里 */
    kdpfd = epoll_create(MAXEPOLLSIZE);
    len = sizeof(struct sockaddr_in);
    ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;
    ev.data.fd = listener;
    if (epoll_ctl(kdpfd, EPOLL_CTL_ADD, listener, &ev) < 0) {
        fprintf(stderr, "epoll set insertion error: fd=%d\n", listener);
        return -1;
    } else
        printf("监听 socket 加入 epoll 成功!\n");
    curfds = 1;
    while (1) {
        /* 等待有事件发生 */
        nfds = epoll_wait(kdpfd, events, curfds, -1);
        if (nfds == -1) {
            perror("epoll_wait");
            break;
        }
        /* 处理所有事件 */
        for (n = 0; n < nfds; ++n) {
            if (events[n].data.fd == listener) {
                new_fd = accept(listener, (struct sockaddr *) &their_addr,
                                &len);
                if (new_fd < 0) {
                    perror("accept");
                    continue;
                } else
                    printf("有连接来自于: %s:%d, 分配的 socket 为:%d\n", inet_ntoa(their_addr.sin_addr), ntohs(their_addr.sin_port), new_fd);

                setnonblocking(new_fd);
                ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;
                ev.data.fd = new_fd;
                if (epoll_ctl(kdpfd, EPOLL_CTL_ADD, new_fd, &ev) < 0) {
                    fprintf(stderr, "把 socket '%d' 加入 epoll 失败!%s\n",
                            new_fd, strerror(errno));
                    return -1;
                }
                curfds++;
            } else {
                ret = handle_message(events[n].data.fd);
                if (ret < 1 && errno != 11) {
                    epoll_ctl(kdpfd, EPOLL_CTL_DEL, events[n].data.fd,
                              &ev);
                    curfds--;
                }
            }
        }
    }
    close(listener);
    return 0;
}

编译此程序用命令:

gcc -Wall epoll-server.c -o server

运行此程序需要具有管理员权限!

sudo ./server 7838 1

通过测试这一个服务器可能同时处理10000 -3 = 9997 个连接!

如果这是一个在线服务系统,那么它可以支持9997人同时在线,比如游戏、聊天等。

 

参考网址:http://zhoulifa.bokee.com/6081520.html

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KVS Question Paper 说:
2022年9月21日 07:48

KVS Sample Paper 2023 Pdf Download for Kendriya Vidyalaya Sangathan Class 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 & 12 Arts, KVS Question Paper Science & Commerce Stream Practice Paper Suggestions with Past years old exam Solved Question Bank for all Regional Students of English Medium, Hindi Medium & Urdu Medium Studying in KVS Schools across the Country. All the Kendriya Vidyalaya Sangathan Board Students can download the Sample Paper Suggestions with Model Papers along with Previous Years old Exam Solved Question Bank for all Languages & Subjects of the Course.


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