epoll反應堆

  1 /*
  2  * epoll基於非阻塞I/O事件驅動
  3  */
  4 #include <stdio.h>
  5 #include <sys/socket.h>
  6 #include <sys/epoll.h>
  7 #include <arpa/inet.h>
  8 #include <fcntl.h>
  9 #include <unistd.h>
 10 #include <errno.h>
 11 #include <string.h>
 12 #include <stdlib.h>
 13 #include <time.h>
 14 
 15 #define MAX_EVENTS  1024                                    //監聽上限數
 16 #define BUFLEN      4096
 17 #define SERV_PORT   8080
 18 
 19 void recvdata(int fd, int events, void *arg);
 20 void senddata(int fd, int events, void *arg);
 21 
 22 /* 描述就緒文件描述符相關信息 */
 23 
 24 struct myevent_s {
 25     int fd;                                                 //要監聽的文件描述符
 26     int events;                                             //對應的監聽事件
 27     void *arg;                                              //泛型參數
 28     void (*call_back)(int fd, int events, void *arg);       //回調函數
 29     int status;                                             //是否在監聽:1->在紅黑樹上(監聽), 0->不在(不監聽)
 30     char buf[BUFLEN];
 31     int len;
 32     long last_active;                                       //記錄每次加入紅黑樹 g_efd 的時間值
 33 };
 34 
 35 int g_efd;                                                  //全局變量, 保存epoll_create返回的文件描述符
 36 struct myevent_s g_events[MAX_EVENTS+1];                    //自定義結構體類型數組. +1-->listen fd
 37 
 38 
 39 /*將結構體 myevent_s 成員變量 初始化*/
 40 
 41 void eventset(struct myevent_s *ev, int fd, void (*call_back)(int, int, void *), void *arg)
 42 {
 43     ev->fd = fd;
 44     ev->call_back = call_back;
 45     ev->events = 0;
 46     ev->arg = arg;
 47     ev->status = 0;
 48     //memset(ev->buf, 0, sizeof(ev->buf));
 49     //ev->len = 0;
 50     ev->last_active = time(NULL);    //調用eventset函數的時間
 51 
 52     return;
 53 }
 54 
 55 /* 向 epoll監聽的紅黑樹 添加一個 文件描述符 */
 56 
 57 void eventadd(int efd, int events, struct myevent_s *ev)
 58 {
 59     struct epoll_event epv = {0, {0}};
 60     int op;
 61     epv.data.ptr = ev;
 62     epv.events = ev->events = events;       //EPOLLIN 或 EPOLLOUT
 63 
 64     if (ev->status == 1) {                                          //已經在紅黑樹 g_efd 裏
 65         op = EPOLL_CTL_MOD;                                         //修改其屬性
 66     } else {                                //不在紅黑樹裏
 67         op = EPOLL_CTL_ADD;                 //將其加入紅黑樹 g_efd, 並將status置1
 68         ev->status = 1;
 69     }
 70 
 71     if (epoll_ctl(efd, op, ev->fd, &epv) < 0)                       //實際添加/修改
 72         printf("event add failed [fd=%d], events[%d]\n", ev->fd, events);
 73     else
 74         printf("event add OK [fd=%d], op=%d, events[%0X]\n", ev->fd, op, events);
 75 
 76     return ;
 77 }
 78 
 79 /* 從epoll 監聽的 紅黑樹中刪除一個 文件描述符*/
 80 
 81 void eventdel(int efd, struct myevent_s *ev)
 82 {
 83     struct epoll_event epv = {0, {0}};
 84 
 85     if (ev->status != 1)                                        //不在紅黑樹上
 86         return ;
 87 
 88     epv.data.ptr = ev;
 89     ev->status = 0;                                             //修改狀態
 90     epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_DEL, ev->fd, &epv);                //從紅黑樹 efd 上將 ev->fd 摘除
 91 
 92     return ;
 93 }
 94 
 95 /*  當有文件描述符就緒, epoll返回, 調用該函數 與客戶端創建連接 */
 96 // 回調函數 - 監聽的文件描述符發送讀事件時被調用
 97 void acceptconn(int lfd, int events, void *arg)
 98 {
 99     struct sockaddr_in cin;
100     socklen_t len = sizeof(cin);
101     int cfd, i;
102 
103     if ((cfd = accept(lfd, (struct sockaddr *)&cin, &len)) == -1) {
104         if (errno != EAGAIN && errno != EINTR) {
105             /* 暫時不作出錯處理 */
106         }
107         printf("%s: accept, %s\n", __func__, strerror(errno));
108         return ;
109     }
110 
111     do {
112         for (i = 0; i < MAX_EVENTS; i++)                                //從全局數組g_events中找一個空閒元素
113             if (g_events[i].status == 0)                                //相似於select中找值爲-1的元素
114                 break;                                                  //跳出 for
115 
116         if (i == MAX_EVENTS) {
117             printf("%s: max connect limit[%d]\n", __func__, MAX_EVENTS);
118             break;                                                      //跳出do while(0) 不執行後續代碼
119         }
120 
121         int flag = 0;
122         if ((flag = fcntl(cfd, F_SETFL, O_NONBLOCK)) < 0) {             //將cfd也設置爲非阻塞
123             printf("%s: fcntl nonblocking failed, %s\n", __func__, strerror(errno));
124             break;
125         }
126 
127         /* 給cfd設置一個 myevent_s 結構體, 回調函數 設置爲 recvdata */
128 
129         eventset(&g_events[i], cfd, recvdata, &g_events[i]);   
130         eventadd(g_efd, EPOLLIN, &g_events[i]);                         //將cfd添加到紅黑樹g_efd中,監聽讀事件
131 
132     } while(0);
133 
134     printf("new connect [%s:%d][time:%ld], pos[%d]\n", 
135             inet_ntoa(cin.sin_addr), ntohs(cin.sin_port), g_events[i].last_active, i);
136     return ;
137 }
138 
139 // 回調函數 - 通訊的文件描述符發生讀事件時候被調用
140 void recvdata(int fd, int events, void *arg)
141 {
142     struct myevent_s *ev = (struct myevent_s *)arg;
143     int len;
144 
145     len = recv(fd, ev->buf, sizeof(ev->buf), 0);            //讀文件描述符, 數據存入myevent_s成員buf中
146 
147     eventdel(g_efd, ev);        //將該節點從紅黑樹上摘除
148 
149     if (len > 0) {
150 
151         ev->len = len;
152         ev->buf[len] = '\0';                                //手動添加字符串結束標記
153         printf("C[%d]:%s\n", fd, ev->buf);
154 
155         eventset(ev, fd, senddata, ev);                     //設置該 fd 對應的回調函數爲 senddata
156         eventadd(g_efd, EPOLLOUT, ev);                      //將fd加入紅黑樹g_efd中,監聽其寫事件
157 
158     } else if (len == 0) {
159         close(ev->fd);
160         /* ev-g_events 地址相減獲得偏移元素位置 */
161         printf("[fd=%d] pos[%ld], closed\n", fd, ev-g_events);
162     } else {
163         close(ev->fd);
164         printf("recv[fd=%d] error[%d]:%s\n", fd, errno, strerror(errno));
165     }
166 
167     return;
168 }
169 
170 // 回調函數 - 通訊的文件描述符發生寫事件時候被調用
171 void senddata(int fd, int events, void *arg)
172 {
173     struct myevent_s *ev = (struct myevent_s *)arg;
174     int len;
175 
176     len = send(fd, ev->buf, ev->len, 0);                    //直接將數據 回寫給客戶端。未做處理
177     /*
178     printf("fd=%d\tev->buf=%s\ttev->len=%d\n", fd, ev->buf, ev->len);
179     printf("send len = %d\n", len);
180     */
181 
182     if (len > 0) {
183 
184         printf("send[fd=%d], [%d]%s\n", fd, len, ev->buf);
185         eventdel(g_efd, ev);                                //從紅黑樹g_efd中移除
186         eventset(ev, fd, recvdata, ev);                     //將該fd的 回調函數改成 recvdata
187         eventadd(g_efd, EPOLLIN, ev);                       //重新添加到紅黑樹上， 設爲監聽讀事件
188 
189     } else {
190         close(ev->fd);                                      //關閉連接
191         eventdel(g_efd, ev);                                //從紅黑樹g_efd中移除
192         printf("send[fd=%d] error %s\n", fd, strerror(errno));
193     }
194 
195     return ;
196 }
197 
198 /*建立 socket, 初始化lfd */
199 
200 void initlistensocket(int efd, short port)
201 {
202     int lfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
203     fcntl(lfd, F_SETFL, O_NONBLOCK);                                            //將socket設爲非阻塞
204 
205     /* void eventset(struct myevent_s *ev, int fd, void (*call_back)(int, int, void *), void *arg);  */
206     eventset(&g_events[MAX_EVENTS], lfd, acceptconn, &g_events[MAX_EVENTS]);
207 
208     /* void eventadd(int efd, int events, struct myevent_s *ev) */
209     eventadd(efd, EPOLLIN, &g_events[MAX_EVENTS]);
210 
211     struct sockaddr_in sin;
212     memset(&sin, 0, sizeof(sin));                                               //bzero(&sin, sizeof(sin))
213     sin.sin_family = AF_INET;
214     sin.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
215     sin.sin_port = htons(port);
216 
217     bind(lfd, (struct sockaddr *)&sin, sizeof(sin));
218 
219     listen(lfd, 20);
220 
221     return ;
222 }
223 
224 int main(int argc, char *argv[])
225 {
226     unsigned short port = SERV_PORT;
227 
228     if (argc == 2)
229         port = atoi(argv[1]);                           //使用用戶指定端口.如未指定,用默認端口
230 
231     g_efd = epoll_create(MAX_EVENTS+1);                 //建立紅黑樹,返回給全局 g_efd 
232     if (g_efd <= 0)
233         printf("create efd in %s err %s\n", __func__, strerror(errno));
234 
235     initlistensocket(g_efd, port);                      //初始化監聽socket
236 
237     struct epoll_event events[MAX_EVENTS+1];            //保存已經知足就緒事件的文件描述符數組 
238     printf("server running:port[%d]\n", port);
239 
240     int checkpos = 0, i;
241     while (1) {
242         /* 超時驗證，每次測試100個連接，不測試listenfd 當客戶端60秒內沒有和服務器通訊，則關閉此客戶端連接 */
243 
244         long now = time(NULL);                          //當前時間
245         for (i = 0; i < 100; i++, checkpos++) {         //一次循環檢測100個。 使用checkpos控制檢測對象
246             if (checkpos == MAX_EVENTS)
247                 checkpos = 0;
248             if (g_events[checkpos].status != 1)         //不在紅黑樹 g_efd 上
249                 continue;
250 
251             long duration = now - g_events[checkpos].last_active;       //客戶端不活躍的時間
252 
253             if (duration >= 60) {
254                 close(g_events[checkpos].fd);                           //關閉與該客戶端連接
255                 printf("[fd=%d] timeout\n", g_events[checkpos].fd);
256                 eventdel(g_efd, &g_events[checkpos]);                   //將該客戶端 從紅黑樹 g_efd移除
257             }
258         }
259 
260         /*監聽紅黑樹g_efd, 將知足的事件的文件描述符加至events數組中, 1秒沒有事件知足, 返回 0*/
261         int nfd = epoll_wait(g_efd, events, MAX_EVENTS+1, 1000);
262         if (nfd < 0) {
263             printf("epoll_wait error, exit\n");
264             break;
265         }
266 
267         for (i = 0; i < nfd; i++) {
268             /*使用自定義結構體myevent_s類型指針, 接收 聯合體data的void *ptr成員*/
269             /*
270             typedef union epoll_data {
271                void    *ptr;
272                int      fd;
273                uint32_t u32;
274                uint64_t u64;
275                } epoll_data_t;
276 
277            struct epoll_event {
278                 uint32_t     events;    /* Epoll events 
279                 epoll_data_t data;      /* User data variable 
280             };
281             */
282             struct myevent_s *ev = (struct myevent_s *)events[i].data.ptr;
283 
284             //events[i].events判斷觸發事件是不是EPOLLIN，ev->events判斷監聽事件是不是EPOLLIN
285             if ((events[i].events & EPOLLIN) && (ev->events & EPOLLIN)) {           //讀就緒事件
286                 ev->call_back(ev->fd, events[i].events, ev->arg);
287             }
288             if ((events[i].events & EPOLLOUT) && (ev->events & EPOLLOUT)) {         //寫就緒事件
289                 ev->call_back(ev->fd, events[i].events, ev->arg);
290             }
291         }
292     }
293 
294     /* 退出前釋放全部資源 */
295     return 0;
296 }

關於epoll見：Linux網絡編程3、 IO操做