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Linux C/C++之IO多路复用(poll,epoll)

2024-10-14 227
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简介： 这篇文章详细介绍了Linux下C/C++编程中IO多路复用的两种机制：poll和epoll，包括它们的比较、编程模型、函数原型以及如何使用这些机制实现服务器端和客户端之间的多个连接。

1. poll

1.1 poll与select

  • poll与select非常类似
  • poll没有最大描述符号限制
  • select在操作描述符号时使用描述符号集合fd_set, poll在操作描述符号时使用pollfd结构体链表或者数组

1.2 poll的编程模型

        //1. 创建fd结构体数组
        struct  pollfd  fds[300];
        int    fdNum = 0;   //当前描述符号数量
        //2. 把要监视的描述符号设置好
        fds[0].fd = 0;
        fds[0].events = POLLIN;
        fdNum++;
        //3. 监视
        int r = poll(fds,fdNum,0);
        if(-1 == r){
            //错误
        }else if(0 == r){
            //没有动静
            continue;
        }else{
            //有动静,检查对应事件
            if(fds[0].revents & POLLIN){

            }
        }

1.3 poll监视标准输入设备0

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <poll.h>
#include <string.h>

int main(){
    //1. 创建fd结构体数组
    struct pollfd fds[8];
    int fdNum = 0;  //当前描述符号数量
    //2. 把要监视的描述符号设置好
    fds[0].fd = 0;
    fds[0].events = POLLIN;
    fdNum++;
    //3. 监视
    int r;
    char buff[1024];

    while(1){
        r = poll(fds,fdNum,0);
        if(-1 == r){
            //错误
            printf("监视出错!\n");
        }else if(0 == r){
            //没有动静
            continue;
        }else{
            printf("有动静!\n");
            //有动静,检查对应事件
            if(fds[0].revents & POLLIN){
                memset(buff,0,1024);
                scanf("%s",buff);
                printf(">> %s\n",buff);
            }
        }
    }

    return 0;
}

1.4 poll函数原型

//需要的头文件
#include <poll.h>

struct pollfd{
    int fd;            //文件描述符号
    short events;      //请求的事件
    short revents;     //返回的事件
}

int poll(struct pollfd *fds, //链表头指针
         nfds_t nfds,        //链表节点数   
         int timeout);       //延时

//事件宏
POLLIN            //有数据可读
POLLRDNORM        //有普通数据可读
POLLRDBAND        //有优先数据可读

POLLPRI           //有紧急数据可读

POLLOUT           //写数据不会阻塞,可写数据
POLLWRNORM        //可以写普通数据
POLLWRBAND        //可以写优先数据

POLLMSGSIGPOLL    //消息可以使用
POLLER            //指定的fd出现错误
POLLHUP           //指定的fd被挂起
POLLNVAL          //指定的fd是非法的

1.5 poll实现多个(客户)client端连接(服务器)server端

服务器(server端)

//服务器端
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>        
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <poll.h>

//最多允许的客户端数量
#define NUM 100

int serverSocket;

void hand(int val){
    close(serverSocket);
    printf("bye bye!\n");
    exit(0);
}
int main(int argc,char* argv[]){
    if(argc != 3) printf("请输入ip地址和端口号!\n"),exit(0);
    printf("ip: %s     port:%d\n",argv[1],atoi(argv[2]));

    signal(SIGINT,hand);

    //1. 创建socket 参数一: 协议类型(版本) 参数二: 通信媒介 参数三: 保护方式
    serverSocket = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if(-1 == serverSocket) printf("创建socket失败:%m\n"),exit(-1);
    printf("创建socket成功!\n");

    //2. 创建服务器协议地址簇
    struct sockaddr_in sAddr = { 0 };
    sAddr.sin_family = AF_INET;        //协议类型 和socket函数第一个参数一致
    sAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);  //将字符串转整数
    sAddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));    //将字符串转整数,再将小端转换成大端

    //3. 绑定服务器协议地址簇
    int r = bind(serverSocket,(struct sockaddr*)&sAddr,sizeof sAddr);
    if(-1 == r) printf("绑定失败:%m\n"),close(serverSocket),exit(-2);
    printf("绑定成功!\n");

    //4. 监听  
    r = listen(serverSocket,10);   //数量
    if(-1 == r) printf("监听失败:%m\n"),close(serverSocket),exit(-3);
    printf("监听成功!\n");

    //监视serverSocket和ClientSocket
    struct sockaddr_in cAddr = {0};
    int len = sizeof(cAddr);
    int cfd;        //临时保存一个客户端fd
    char buff[1024];
    int fdNum = 0;

    //准备一个pollfd数组
    struct pollfd fds[NUM];
    //初始化数组
    for(int i = 0;i < NUM; i++){
        fds[i].fd = -1;
        fds[i].events = POLLIN;
    }

    //将serverSocket放进去
    fds[0].fd = serverSocket;
    fds[0].events = POLLIN;    //监视是否有数据可读
    fdNum++;

    while(1){
        r = poll(fds,fdNum,10);   //延时10ms
        if(-1 == r){
            printf("监视失败:%m\n"),close(serverSocket),exit(-1);
        }else if(0 == r){
            continue;
        }else{
            //有动静
            if(fds[0].revents & POLLIN){
                //有客户端连接服务器的动作
                cfd = accept(serverSocket,(struct sockaddr*)&cAddr,&len);
                if(-1 == cfd){
                    printf("server Error!\n");
                    continue;
                }else{
                    printf("客户端%d -- %s连接上服务器了!\n",cfd,inet_ntoa(cAddr.sin_addr));
                }
                //将客户端的描述符号添加到监视数组中
                for(int i = 1; i < NUM; i++){
                    if(-1 == fds[fdNum].fd){
                        fds[fdNum].fd = cfd;
                        fds[fdNum].events = POLLIN;
                        fdNum++;
                        break;
                    }
                }
            }
        }
        //检查客户端动静,看是否有数据发送过来
        for(int i = 1; i < NUM; i++){
            if(-1 != fds[i].fd && (fds[i].revents & POLLIN)){
                r = recv(fds[i].fd,buff,1023,0);
                if(r > 0){
                    buff[r] = 0;
                    printf("%d >> %s\n",fds[i].fd,buff);
                }else{
                    //客户端掉线了
                    fds[i].fd = -1;
                    fdNum--;
                }
            }
        }
    }

    return 0;
}

客户(client)端

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>        
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>

int clientSocket;
void hand(int val){
    //5. 关闭连接
    close(clientSocket);
    printf("bye bye!\n");
    exit(0);
}
int main(int argc,char* argv[]){
    if(argc != 3) printf("请输入ip地址和端口号!\n"),exit(0);
    printf("ip: %s     port:%d\n",argv[1],atoi(argv[2]));

    signal(SIGINT,hand);

    //1. 创建socket 参数一: 协议类型(版本) 参数二: 通信媒介 参数三: 保护方式
    clientSocket = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if(-1 == clientSocket) printf("创建socket失败:%m\n"),exit(-1);
    printf("创建socket成功!\n");

    //2. 创建服务器协议地址簇
    struct sockaddr_in cAddr = { 0 };
    cAddr.sin_family = AF_INET;
    cAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);  //将字符串转整数
    cAddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));    //将字符串转整数,再将小端转换成大端

    //3.连接服务器
    int r = connect(clientSocket,(struct sockaddr*)&cAddr,sizeof cAddr);
    if(-1 == r) printf("连接服务器失败:%m\n"),close(clientSocket),exit(-2);
    printf("连接服务器成功!\n");

    //4. 通信
    char buff[256] = {0};
    while(1){
        printf("你想要发送:");
        scanf("%s",buff);
        send(clientSocket,buff,strlen(buff),0);
    }

    return 0;
}

2. epoll

2.1 epoll相对于poll的优势

  • select与poll没有太大的区别, 均是轮循fd监视实现, 因此效率受描述符号数量影响(监视的fd越多,速率越慢) --- 就相当于一直盯着手机看是否有人打电话
  • epoll是优化后的poll,通过注册事件实现, 不需要再轮循监视,因此效率不受监视的描述符号数量影响 --- 就相当于设置了来电提示看是否有人打电话

2.2 epoll编程模型

  1. 创建epoll epoll_create

  2. 注册描述符号事件 epoll_ctl

  3. 等待,挨个处理事件 epoll_wait 检查 使用&EPOLLIN(与poll相同)

2.3 epoll函数原型

//需要的头文件
#include <sys/epoll.h>

int epoll_create(int size);    //数量

int epoll_ctl(int epfd,        //epoll_create的返回值,处理过的文件描述符
              int op,          //操作方式
              int fd,          //需要监视的文件描述符
struct epoll_event *event);    //监视的描述符号链表表头地址(或者数组首地址)

//参数二op
EPOLL_CTL_ADD                  //添加
EPOLL_CTL_MOD                  //修改
EPOLL_CTL_DEL                  //删除

int epoll_wait(int epfd,       //epoll_create的返回值,处理过的文件描述符
  struct epoll_event *events,  //监视的描述符号链表表头地址(或者数组首地址)
               int maxevents,  //事件结构体数量(第二个参数的数量)
               int timeout);   //延时

//使用的数据类型
typedef union epoll_data{
    void *ptr;
    int fd;
    uint32_t u32;
    uint64_t u64;
} epoll_data_t;

struct epoll_event{
    uint32_t events;
    epoll_data_t data;
};

2.4 epoll实现多个(客户)client端连接(服务器)server端

服务器(server)端

//服务器端
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>        
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <sys/epoll.h>

//最多允许的客户端数量
#define NUM 100

int serverSocket;

void hand(int val){
    close(serverSocket);
    printf("bye bye!\n");
    exit(0);
}
int main(int argc,char* argv[]){
    if(argc != 3) printf("请输入ip地址和端口号!\n"),exit(0);
    printf("ip: %s     port:%d\n",argv[1],atoi(argv[2]));

    signal(SIGINT,hand);

    //1. 创建socket 参数一: 协议类型(版本) 参数二: 通信媒介 参数三: 保护方式
    serverSocket = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if(-1 == serverSocket) printf("创建socket失败:%m\n"),exit(-1);
    printf("创建socket成功!\n");

    //2. 创建服务器协议地址簇
    struct sockaddr_in sAddr = { 0 };
    sAddr.sin_family = AF_INET;        //协议类型 和socket函数第一个参数一致
    sAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);  //将字符串转整数
    sAddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));    //将字符串转整数,再将小端转换成大端

    //3. 绑定服务器协议地址簇
    int r = bind(serverSocket,(struct sockaddr*)&sAddr,sizeof sAddr);
    if(-1 == r) printf("绑定失败:%m\n"),close(serverSocket),exit(-2);
    printf("绑定成功!\n");

    //4. 监听  
    r = listen(serverSocket,10);   //数量
    if(-1 == r) printf("监听失败:%m\n"),close(serverSocket),exit(-3);
    printf("监听成功!\n");

    //监视serverSocket和ClientSocket
    struct sockaddr_in cAddr = {0};
    int len = sizeof(cAddr);
    int cfd;        //临时保存一个客户端fd
    char buff[1024];
    int fdNum = 0;

    //创建epoll 参数可缺省(只需设置最大描述符号即可)
    int epfd = epoll_create(NUM);
    if(-1 == epfd){
        printf("创建epoll失败:%m\n");
        close(serverSocket);
        exit(-1);
    }
    printf("创建epoll成功!\n");

    //注册描述符号事件
    struct epoll_event ev;  //注册时使用
    struct epoll_event events[NUM]; //等待处理事件时使用

    ev.events = EPOLLIN;
    ev.data.fd = serverSocket;

    r = epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,serverSocket,&ev);
    if(-1 == r){
        printf("注册serverSocket事件失败:%m\n");
        close(epfd);
        close(serverSocket);
        exit(-2);
    }
    printf("注册serverSocket事件成功!\n");
    //等待,挨个处理事件
    //epoll_wait 成功返回有动静的描述符号数量
    int curCfd;  //用于保存当前发数据的客户端epoll_wait的返回值
    int nfds;    //用于保存epoll_wait的返回值
    while(1){
        nfds = epoll_wait(epfd,events,NUM,1000);  //延时1000ms
        if(nfds < 0){
            printf("epoll_wait失败:%m\n");
            close(epfd);
            close(serverSocket);
            exit(-3);
        }else if(0 == nfds){
            //没有动静
            continue;
        }else{
            //有动静
            printf("有动静发生----\n");
            for(int i = 0;i < nfds; i++){
                if(serverSocket == events[i].data.fd){
                    cfd = accept(serverSocket,(struct sockaddr*)&cAddr,&len);
                    if(-1 == cfd){
                        printf("服务器崩溃:%m\n");
                        close(epfd);
                        close(serverSocket);
                        exit(-4);
                    }
                    printf("有客户端%d连接上服务器了:%s\n",cfd,
                        inet_ntoa(cAddr.sin_addr));

                    //注册客户端描述符号事件
                    ev.events = EPOLLIN;
                    ev.data.fd = cfd;

                    r = epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,cfd,&ev);
                    if(-1 == r){
                        printf("注册clientSocket失败:%m\n");
                        close(epfd);
                        close(serverSocket);
                        exit(-5);
                    }
                    printf("注册clientSocket事件成功!\n");
                }else if(events[i].events && EPOLLIN){
                    //有客户端发数据过来
                    curCfd = events[i].data.fd;
                    r = recv(curCfd,buff,1023,0);
                    if(r > 0){
                        buff[r] = 0;
                        printf("%d >> %s\n",curCfd,buff);
                    }
                }
            }
        }
    }

    return 0;
}

客户(client)端 (与上方poll代码相同)

文章标签：
C++
Linux
关键词：
Linux IO
Linux复用epoll
Linux epoll
Linux复用
Linux c++
石小浪♪
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Unix Linux
linux命令—cd
`cd` 命令是 Linux/Unix 系统中用于切换工作目录的基础命令。支持相对路径与绝对路径，常用选项如 `-L` 和 `-P` 分别处理符号链接的逻辑与物理路径。实际操作中，可通过 `cd ..` 返回上级目录、`cd ~` 回到家目录，或利用 `cd -` 在最近两个目录间快速切换。结合 Tab 补全和 `pwd` 查看当前路径，能显著提升效率。此外，需注意特殊字符路径的正确引用及脚本中绝对路径的优先使用。
刘俊辉个人博客
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蓝易云
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18天前
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Linux
Linux命令拓展：为cp和mv添加进度显示
好了，就这样，让你的Linux复制体验充满乐趣吧！记住，每一个冷冰冰的命令背后，都有方法让它变得热情起来。
蓝易云
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