Linux C/C++之IO多路复用(poll,epoll)-阿里云开发者社区

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

创建epoll epoll_create

注册描述符号事件 epoll_ctl

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)