南通优普网站建设制作,wordpress搬家缩略图都没,wordpress切换主题出现白屏,杭州最大的网站开发在之前的文章中#xff0c;我们学习了IO复用模型之select原理及例子#xff0c;但是select有监听描述符个数的限制#xff0c;而且select的效率并不高#xff0c;所以这篇文章就来学习效率更高的poll和Linux特有的epoll方法。 文章目录 1 select/poll/epoll对比2 poll2.1 p…在之前的文章中我们学习了IO复用模型之select原理及例子但是select有监听描述符个数的限制而且select的效率并不高所以这篇文章就来学习效率更高的poll和Linux特有的epoll方法。 文章目录 1 select/poll/epoll对比2 poll2.1 poll函数2.2 poll实战实现多个套接字监听2.2.1 客户端2.2.2 服务端2.2.3 实验结果2.2.4 完整代码 3 epoll3.1 相关函数3.2 epoll实战实现多个套接字监听3.2.1 客户端3.2.2 服务端3.2.3 实验结果3.3.4 完整代码 1 select/poll/epoll对比
这三者都用于I/O多路复用来监视多个文件描述符。epoll的目的是取代较旧的POSIX中的select和poll系统调用。
复杂性与可扩展性
select或poll的时间复杂度为O(n)每次调用内核都需要遍历整个文件描述符epoll的时间复杂度为O(1)它使用红黑树来跟踪当前被监视的所有文件描述符。epoll在文件描述符很多的情况下表现良好且具有良好的可扩展性
可用性与可移植性 select和poll在任何Unix系统上都可用 epoll是Linux特有的(在2.5.44版本之后可用) poll是POSIX标准接口因此在需要代码可移植时可以使用
poll和select
给定一组文件描述符它们告诉你哪些文件描述符有可读/可写的数据。select和poll从根本上基本使用相同的代码。poll对文件描述符返回一组可能的结果如POLLRDNORM、POLLRDBAND、POLLIN、POLLHUP、POLLERR而select只告诉你有输入/输出/错误。
如果你有一个稀疏的文件描述符集(如设备长时间运行,在文件描述符回收和创建的过程中,可能一个描述符为1一个描述符为1000)poll可以比select执行得更好。poll使用pollfd参数指定要监视的文件描述符select使用位集并需要遍历整个范围。
select函数在某些系统上有文件描述符数量的限制通常由文件描述符集的大小限制例如 FD_SETSIZE。这个宏定义了文件描述符集的最大大小通常是1024。而poll使用一个动态分配的数组来存储文件描述符集因此理论上没有硬性的文件描述符数量限制。但在实际使用中系统可能对单个进程所能打开的文件描述符总数有一定的限制这是由操作系统的配置和资源限制决定的(可使用ulimit -n查看)。
2 poll
2.1 poll函数
poll允许程序监视多个文件描述符以确定是否可以进行I/O操作。
int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);fds指向pollfd结构体数组的指针每个结构体表示一个要监视的文件描述符以及感兴趣的事件nfds数组中结构体的数量。timeout超时时间单位是毫秒。传递负值表示无限超时传递0表示立即返回。
pollfd结构体
struct pollfd {int fd; // 文件描述符short events; // 要监视的事件short revents; // 实际发生的事件
};其中events/revents的取值可以为如下几个选项
POLLIN有数据可读。对于套接字来说表示连接被对端关闭。POLLPRI有紧急数据可读。对于套接字来说表示有带外数据。POLLOUT对端可写。POLLRDHUP对端挂起(连接关闭或半关闭)。POLLERR有错误发生。POLLHUP挂起事件。对于套接字来说表示连接被挂起。POLLNVAL无效的请求文件描述符未打开。
例如如果你想监视可读和错误事件可以将events设置为 POLLIN | POLLERR。
注意
如果revents中包含POLLNVAL说明文件描述符无效或未打开此时poll结果可能不可靠revents中可能同时包含多个标志需要使用位运算和上述常量进行判断POLLRDHUP和POLLHUP标志在不同系统上可能有不同的行为具体情况可以查看文档或相关头文件定义
2.2 poll实战实现多个套接字监听
和之前select一样这里就来实现一个服务端和客户端的模型从代码中来深入理解poll函数的使用。
2.2.1 客户端
客户端需要能够监听标准输入stdin的消息然后转发个服务端还需要监听服务端的套接字以接收服务端发来的消息。代码如下
struct pollfd fds[2];
char buffer[1024];fds[0].fd 0; // stdin
fds[0].events POLLIN;
fds[1].fd sock;
fds[1].events POLLIN;while(1)
{int ret poll(fds, 2, -1);if (ret 0){if (fds[0].revents POLLIN){fgets(buffer, sizeof(buffer), stdin);send(sock, buffer, strlen(buffer), 0);}if (fds[1].revents POLLIN){int valread read(sock, buffer, sizeof(buffer));if (valread 0){buffer[valread] \0;printf(Server says: %s, buffer);}else{// Server disconnectedprintf(Server disconnected\n);break;}}}
}这里声明了一个 pollfd结构体变量fds监听stdin和服务端的套接字。poll第三个超时参数为-1表示无限等待。在poll返回之后我们只需要判断对应fds中revents对应的事件有没有置位就行了。
2.2.2 服务端
服务端则是一边要accept新的客户端连接请求一边接收来自客户端的消息并回显回去。代码如下
int client_sockets[MAX_CLIENTS] {0};
struct pollfd fds[MAX_CLIENTS 1]; // 1 for the listening socket// Initialize the pollfd structure for the listening socket
fds[0].fd server_fd;
fds[0].events POLLIN;while (1)
{activity poll(fds, max_clients 1, -1);if ((activity 0) (errno ! EINTR)){perror(Poll error);exit(EXIT_FAILURE);}// Check for incoming connections on the listening socketif (fds[0].revents POLLIN){if ((new_socket accept(server_fd, (struct sockaddr *)address, (socklen_t*)addrlen)) 0){perror(Accept failed);exit(EXIT_FAILURE);}printf(New connection, socket fd is %d, ip is: %s, port is: %d\n, new_socket, inet_ntoa(address.sin_addr), ntohs(address.sin_port));// Add the new socket to the array of client socketsfor (i 1; i max_clients 1; i){if (client_sockets[i] 0){client_sockets[i] new_socket;fds[i].fd new_socket;fds[i].events POLLIN;printf(Added new client to the list of sockets at index %d\n, i);break;}}}// Check for data from clientsfor (i 1; i max_clients 1; i){sd client_sockets[i];if (fds[i].revents POLLIN){if ((valread read(sd, buffer, 1024)) 0){close(sd);client_sockets[i] 0;printf(Client at index %d disconnected\n, i);}else{buffer[valread] \0;printf(Client at index %d says: %s\n, i, buffer);}}}
}和select一样这里可以判断一下poll的返回值小于0表示系统异常但是如果errno为EINTR则表示进程被信号中断继续下一次poll即可。
2.2.3 实验结果
首先打开服务端再打开客户端连接上后客户端向服务端发送nohao然后按CtrlC退出客户端如下图所示 2.2.4 完整代码
客户端
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include unistd.h
#include string.h
#include arpa/inet.h
#include sys/socket.h
#include netinet/in.h
#include sys/types.h
#include sys/time.h
#include sys/ioctl.h
#include poll.h#define PORT 8080int main() {int sock 0;struct sockaddr_in serv_addr;if ((sock socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) 0) {perror(Socket creation error);exit(EXIT_FAILURE);}serv_addr.sin_family AF_INET;serv_addr.sin_port htons(PORT);// Convert IPv4 and IPv6 addresses from text to binary formif (inet_pton(AF_INET, 127.0.0.1, serv_addr.sin_addr) 0) {perror(Invalid address/ Address not supported);exit(EXIT_FAILURE);}if (connect(sock, (struct sockaddr *)serv_addr, sizeof(serv_addr)) 0) {perror(Connection Failed);exit(EXIT_FAILURE);}struct pollfd fds[2];char buffer[1024];fds[0].fd 0; // stdinfds[0].events POLLIN;fds[1].fd sock;fds[1].events POLLIN;while (1) {int ret poll(fds, 2, -1);if (ret 0) {if (fds[0].revents POLLIN) {fgets(buffer, sizeof(buffer), stdin);send(sock, buffer, strlen(buffer), 0);}if (fds[1].revents POLLIN) {int valread read(sock, buffer, sizeof(buffer));if (valread 0) {buffer[valread] \0;printf(Server says: %s, buffer);} else {// Server disconnectedprintf(Server disconnected\n);break;}}}}close(sock);return 0;
}服务端
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include unistd.h
#include string.h
#include arpa/inet.h
#include sys/socket.h
#include netinet/in.h
#include sys/types.h
#include sys/time.h
#include sys/ioctl.h
#include poll.h
#include errno.h#define PORT 8080
#define MAX_CLIENTS 10int main() {int server_fd, new_socket, max_clients MAX_CLIENTS;int activity, i, valread;int sd, max_sd;struct sockaddr_in address;int addrlen sizeof(address);char buffer[1024];// Create a socketif ((server_fd socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) 0) {perror(Socket creation failed);exit(EXIT_FAILURE);}// Set up the server address structaddress.sin_family AF_INET;address.sin_addr.s_addr INADDR_ANY;address.sin_port htons(PORT);// Bind the socket to the addressif (bind(server_fd, (struct sockaddr *)address, sizeof(address)) 0) {perror(Bind failed);exit(EXIT_FAILURE);}// Listen for incoming connectionsif (listen(server_fd, 3) 0) {perror(Listen failed);exit(EXIT_FAILURE);}int client_sockets[MAX_CLIENTS] {0};struct pollfd fds[MAX_CLIENTS 1]; // 1 for the listening socket// Initialize the pollfd structure for the listening socketfds[0].fd server_fd;fds[0].events POLLIN;printf(Waiting for connections...\n);while (1) {// Use poll to wait for eventsactivity poll(fds, max_clients 1, -1);if ((activity 0) (errno ! EINTR)) {perror(Poll error);exit(EXIT_FAILURE);}// Check for incoming connections on the listening socketif (fds[0].revents POLLIN) {if ((new_socket accept(server_fd, (struct sockaddr *)address, (socklen_t*)addrlen)) 0) {perror(Accept failed);exit(EXIT_FAILURE);}printf(New connection, socket fd is %d, ip is: %s, port is: %d\n, new_socket, inet_ntoa(address.sin_addr), ntohs(address.sin_port));// Add the new socket to the array of client socketsfor (i 1; i max_clients 1; i) {if (client_sockets[i] 0) {client_sockets[i] new_socket;fds[i].fd new_socket;fds[i].events POLLIN;printf(Added new client to the list of sockets at index %d\n, i);break;}}}// Check for data from clientsfor (i 1; i max_clients 1; i) {sd client_sockets[i];if (fds[i].revents (POLLIN | POLLHUP | POLLERR)) {if ((valread read(sd, buffer, 1024)) 0) {// Client disconnectedclose(sd);client_sockets[i] 0;printf(Client at index %d disconnected\n, i);} else {// Process client message (in this example, just print it)buffer[valread] \0;printf(Client at index %d says: %s\n, i, buffer);}}}}return 0;
}3 epoll
epoll比select和poll更为灵活和高效特别是在大量连接上的场景。
3.1 相关函数
来看一下与epoll相关的函数原型
1、epoll_create和epoll_create1创建epoll实例
int epoll_create(int size);
int epoll_create1(int flags);epoll_create创建一个epoll实例。size参数在大多数情况下会被忽略可以设置为大于0的任何值。epoll_create1与epoll_create类似但它支持flag设置为EPOLL_CLOEXEC表示在调用 exec 进程时epoll实例的文件描述符将会被关闭以防止它在新程序中继续存在。这可以增强程序的安全性和可预测性。 如果flags为 0那么EPOLL_CLOEXEC标志将不会被设置。
2、epoll_ctl在epoll实例中注册、修改或删除文件描述符的监听事件
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);epfd是一个由 epoll_create 或 epoll_create1 返回的 epoll 实例的文件描述符。op是一个操作符指定对 epoll 实例的操作类型。可以取以下值 EPOLL_CTL_ADD添加一个新的文件描述符到epoll实例中进行监听。EPOLL_CTL_MOD修改一个已经在epoll实例中的文件描述符的监听事件。EPOLL_CTL_DEL从 epoll 实例中删除一个文件描述符。 fd是要进行操作的文件描述符即要添加、修改或删除的文件描述符。event是一个指向struct epoll_event结构的指针用于指定要监听的事件类型以及关联的数据。
3、epoll_wait等待事件发生。返回发生的事件的数量并将事件信息填充到提供的数组中。
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);epfd是一个由epoll_create或epoll_create1返回的epoll实例的文件描述符。events是一个指向struct epoll_event结构的数组用于存储发生事件的文件描述符和相关信息。maxeventsevents数组的大小即最多能存储多少个事件。timeout是等待的超时时间以毫秒为单位。传递负值表示epoll_wait将一直阻塞直到有事件发生。传递0表示立即返回不管是否有事件发生。
其中 **struct epoll_event**结构体定义如下
struct epoll_event {__uint32_t events; // 要监视的事件epoll_data_t data; // 用户数据
};typedef union epoll_data {void *ptr;int fd;__uint32_t u32;__uint64_t u64;
} epoll_data_t;events字段表示要监视的事件可以是EPOLLIN(可读)、EPOLLOUT(可写)等。具体的事件常量可以查看 sys/epoll.h头文件。data字段用于保存用户数据。可以是文件描述符(fd)、指针(ptr)等取决于epoll_data的类型。
3.2 epoll实战实现多个套接字监听
这里用epoll来实现一个服务端和客户端的模型通过代码来理解epoll的使用方法。
3.2.1 客户端
1、创建epoll实例
int epoll_fd epoll_create1(0);2、添加待监听的文件描述符
struct epoll_event event;event.events EPOLLIN;
event.data.fd STDIN_FILENO;
epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, STDIN_FILENO, event);event.events EPOLLIN;
event.data.fd sock;
epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, sock, event);这里epoll_event的data(用户数据)就保存文件描述符用于后面判断是哪里来的消息。同时这里两个epoll_ctl的最后一个参数用了同一个变量event的地址传入这是因为传入后函数内部会对数据进行拷贝。
3、等待和处理事件
struct epoll_event events[MAX_EVENTS];
while (1)
{int event_count epoll_wait(epoll_fd, events, MAX_EVENTS, -1);for (int i 0; i event_count; i){if (events[i].data.fd STDIN_FILENO){fgets(buffer, sizeof(buffer), stdin);send(sock, buffer, strlen(buffer), 0);}else if (events[i].data.fd sock){ssize_t bytes_received recv(sock, buffer, sizeof(buffer), 0);if (bytes_received 0){printf(Server disconnected\n);close(sock);exit(EXIT_SUCCESS);}else{buffer[bytes_received] \0;printf(Server says: %s\n, buffer);}}}
}epoll_wait会返回事件的个数并将结果保存在events中我们只需要遍历它即可。
3.2.2 服务端
1、创建epoll实例和添加文件描述符
epoll_fd epoll_create1(0);struct epoll_event event;
event.events EPOLLIN;
event.data.fd server_fd;
epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, server_fd, event);2、等待和处理事件
while (1)
{event_count epoll_wait(epoll_fd, events, MAX_EVENTS, -1);for (int i 0; i event_count; i){if (events[i].data.fd server_fd){if ((new_socket accept(server_fd, (struct sockaddr *)address, addrlen)) 0){perror(Accept failed);exit(EXIT_FAILURE);}event.events EPOLLIN;event.data.fd new_socket;if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, new_socket, event) -1){perror(Failed to add new client socket to epoll);exit(EXIT_FAILURE);}printf(New connection, socket fd is %d, ip is: %s, port is: %d\n, new_socket, inet_ntoa(address.sin_addr), ntohs(address.sin_port));}else{int client_socket events[i].data.fd;ssize_t bytes_received recv(client_socket, buffer, sizeof(buffer), 0);if (bytes_received 0){printf(Client at socket fd %d disconnected\n, client_socket);close(client_socket);epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_DEL, client_socket, NULL);}else{buffer[bytes_received] \0;printf(Client at socket fd %d says: %s\n, client_socket, buffer);}}}
}3.2.3 实验结果
首先打开服务端再打开客户端连接上后客户端向服务端发送123然后按CtrlC退出客户端如下图所示
3.3.4 完整代码
客户端
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include unistd.h
#include string.h
#include arpa/inet.h
#include sys/socket.h
#include netinet/in.h
#include sys/epoll.h#define PORT 8080
#define MAX_EVENTS 10int main() {int sock 0;struct sockaddr_in serv_addr;char buffer[1024];// Create a socketif ((sock socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) 0) {perror(Socket creation error);exit(EXIT_FAILURE);}// Set up the server address structserv_addr.sin_family AF_INET;serv_addr.sin_port htons(PORT);// Convert IPv4 and IPv6 addresses from text to binary formif (inet_pton(AF_INET, 127.0.0.1, serv_addr.sin_addr) 0) {perror(Invalid address/ Address not supported);exit(EXIT_FAILURE);}// Connect to the serverif (connect(sock, (struct sockaddr *)serv_addr, sizeof(serv_addr)) 0) {perror(Connection Failed);exit(EXIT_FAILURE);}// Create epoll instanceint epoll_fd epoll_create1(0);if (epoll_fd -1) {perror(Failed to create epoll instance);exit(EXIT_FAILURE);}// Add stdin and socket to epollstruct epoll_event events[MAX_EVENTS];struct epoll_event event;event.events EPOLLIN;event.data.fd STDIN_FILENO;if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, STDIN_FILENO, event) -1) {perror(Failed to add stdin to epoll);exit(EXIT_FAILURE);}event.events EPOLLIN;event.data.fd sock;if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, sock, event) -1) {perror(Failed to add socket to epoll);exit(EXIT_FAILURE);}while (1) {int event_count epoll_wait(epoll_fd, events, MAX_EVENTS, -1);for (int i 0; i event_count; i) {if (events[i].data.fd STDIN_FILENO) {// Data from stdinfgets(buffer, sizeof(buffer), stdin);send(sock, buffer, strlen(buffer), 0);} else if (events[i].data.fd sock) {// Data from serverssize_t bytes_received recv(sock, buffer, sizeof(buffer), 0);if (bytes_received 0) {// Server disconnectedprintf(Server disconnected\n);close(sock);exit(EXIT_SUCCESS);} else {// Process server message (in this example, just print it)buffer[bytes_received] \0;printf(Server says: %s\n, buffer);}}}}close(sock);return 0;
}服务端
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include unistd.h
#include string.h
#include arpa/inet.h
#include sys/socket.h
#include netinet/in.h
#include sys/epoll.h#define PORT 8080
#define MAX_EVENTS 10int main() {int server_fd, new_socket;int epoll_fd, event_count;struct sockaddr_in address;socklen_t addrlen sizeof(address);char buffer[1024];// Create a socketif ((server_fd socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) 0) {perror(Socket creation failed);exit(EXIT_FAILURE);}// Set up the server address structaddress.sin_family AF_INET;address.sin_addr.s_addr INADDR_ANY;address.sin_port htons(PORT);// Bind the socket to the addressif (bind(server_fd, (struct sockaddr *)address, sizeof(address)) 0) {perror(Bind failed);exit(EXIT_FAILURE);}// Listen for incoming connectionsif (listen(server_fd, 3) 0) {perror(Listen failed);exit(EXIT_FAILURE);}// Create epoll instanceepoll_fd epoll_create1(0);if (epoll_fd -1) {perror(Failed to create epoll instance);exit(EXIT_FAILURE);}// Add the server socket to epollstruct epoll_event event;event.events EPOLLIN;event.data.fd server_fd;if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, server_fd, event) -1) {perror(Failed to add server socket to epoll);exit(EXIT_FAILURE);}struct epoll_event events[MAX_EVENTS];printf(Waiting for connections...\n);while (1) {event_count epoll_wait(epoll_fd, events, MAX_EVENTS, -1);for (int i 0; i event_count; i) {if (events[i].data.fd server_fd) {// New client connectionif ((new_socket accept(server_fd, (struct sockaddr *)address, addrlen)) 0) {perror(Accept failed);exit(EXIT_FAILURE);}// Add new client socket to epollevent.events EPOLLIN;event.data.fd new_socket;if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, new_socket, event) -1) {perror(Failed to add new client socket to epoll);exit(EXIT_FAILURE);}printf(New connection, socket fd is %d, ip is: %s, port is: %d\n, new_socket, inet_ntoa(address.sin_addr), ntohs(address.sin_port));} else {// Data from clientint client_socket events[i].data.fd;ssize_t bytes_received recv(client_socket, buffer, sizeof(buffer), 0);if (bytes_received 0) {// Client disconnectedprintf(Client at socket fd %d disconnected\n, client_socket);close(client_socket);epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_DEL, client_socket, NULL);} else {// Process client message (in this example, just print it)buffer[bytes_received] \0;printf(Client at socket fd %d says: %s\n, client_socket, buffer);}}}}close(server_fd);return 0;
}
