epoll模型的理解封裝與應用
本身之前寫TCP服務器，並不須要考慮到併發與資源的問題，使用的都是單獨線程處理單個TCP鏈接的方式（說謂的PPC/TPC模型）。現在本身作高併發服務器，必須處理好這些問題。由於用的是linux2.6，所以選用epoll做爲I/O多路複用技術接口再好不過了（其實本身也不太懂這個術語）。linux
通俗地講，epoll就是：告訴你有哪些socket準備要作哪些事。在select模型中，select用來檢測socket狀態，二者的用法截然不同，可是機制不一樣。select的檢測方法是每次遍歷全部須要檢測的socket，並返回有動做socket。而epoll的並不會檢測全部的句柄狀態，經過內核的支持，能避免無心義的檢測。
ios
當socket句柄的數目特別大的狀況下，首先PPC/TPC模型確定就掛掉了。而select由於每次要遍歷全部句柄，所以在句柄遍歷的過程當中佔用了不少的時間，若是併發的數量接近句柄總數，select並無浪費太多時間，但對於併發數遠低於連接數的狀況，好比回合制的網絡遊戲，select就有浪費時間的嫌疑。所以epoll是至關高效的。c++
在將epoll封裝成c++類以前，對epoll的數據結構以及接口作一下簡單介紹:
數據庫
epoll 事件結構體：數組
struct epoll_event {
__uint32_t events; // Epoll events
epoll_data_t data; // User datavariable
};
這裏的events是事件的類型，經常使用的有：服務器
EPOLLIN 該句柄爲可讀
網絡
EPOLLOUT 該句柄爲可寫
數據結構
EPOLLERR 該句柄發生錯誤
併發
EPOLLET epoll爲邊緣觸發模式socket
epoll 事件date
typedef union epoll_data {
void *ptr;
int fd;
__uint32_t u32;
__uint64_t u64;
} epoll_data_t;
注意epoll_data是個union。咱們想要掛上句柄或是數據指針都很方便。
epoll建立：
int epoll_create(int size);
調用該函數會建立一個epoll句柄，參數size爲監聽的最大數量
epoll控制：
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
這個接口用於對該epdf上的句柄進行註冊、修改和刪除。
op是要進行的操做，有：
EPOLL_CTL_ADD 添加須要監測的文件句柄fd
EPOLL_CTL_MOD 更改該fd句柄的模式
EPOLL_CTL_DEL 移除掉該句柄
event是所要設置的該fd的事件。
epoll收集信息：
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
調用該函數後，若是該有epoll所管理的句柄發生對應類型的事件，這些發生事件的句柄的epoll_event將會被寫入events數組中，咱們便能根據這些句柄執行接下來的I/O以及其餘操做。這裏的maxevents是每次wait獲取的事件最大數。若是使用的是ET邊緣觸發模式，epoll_wait返回一個事件後，再這個時間的狀態沒有改變的狀況下，epoll_wait不會再對改事件進行通知。
epoll基本的介紹完，就能夠先對epoll進行必定的封裝以加強代碼的複用。
在封裝epoll以前，我先給出我封裝好的用於tcp的socket：
//總共所須要用到的頭文件，有部分是多餘的 #include<iostream> #include<cstdio> #include<cstring> #include<string> #include<cstdlib> #ifdef WIN32 #include<winsock2.h> #else #include<fcntl.h> #include<sys/ioctl.h> #include<sys/socket.h> #include<sys/epoll.h> #include<unistd.h> #include<netdb.h> #include<errno.h> #include<arpa/inet.h> #include<netinet/in.h> #include<sys/types.h> #define SOCKET int #define SOCKET_ERROR -1 #define INVALID_SOCKET -1 #endif
這裏是我本身對普通tcp socket的封裝：
class msock
{
public:
SOCKET sock;
sockaddr_in addr;
msock()
{
addr.sin_family=AF_INET;
}
void setsock(SOCKET fd)
{
sock=fd;
}
SOCKET getsock()
{
return sock;
}
void createsock()
{
sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP);
if(sock==INVALID_SOCKET)
{
puts("socket build error");
exit(-1);
}
}
void setioctl(bool x)
{
fcntl(sock, F_SETFL, O_NONBLOCK);
}
bool setip(string ip)
{
hostent *hname=gethostbyname(ip.c_str());
if(!hname)
{
puts("can't find address");
return false;
}//puts(inet_ntoa(addr.sin_addr));
addr.sin_addr.s_addr=*(u_long *)hname->h_addr_list[0];
return true;
}
void setport(int port)
{
addr.sin_port=htons(port);
}
int msend(const char *data,const int len)
{
return send(sock,data,len,0);
}
int msend(const string data)
{
return msend(data.c_str(),data.length());
}
int msend(mdata *data)
{
return msend(data->buf,data->len);
}
int mrecv(char *data,int len)
{
return recv(sock,data,len,0);
}
int mrecv(char *data)
{
return recv(sock,data,2047,0);
}
int mclose()
{
return close(sock);
}
int operator == (msock jb)
{
return sock==jb.sock;
}
};
listen用的sock繼承於msock：
class mssock:public msock
{
public:
sockaddr_in newaddr;
socklen_t newaddrlen;
mssock():msock()
{
createsock();
addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
newaddrlen=sizeof(newaddr);//hehe
}
int mbind()
{
return bind(sock,(sockaddr *)&addr,sizeof(addr));
}
int mlisten(int num=20)
{
return listen(sock,num);
}
msock maccept()
{
SOCKET newsock=accept(sock,(sockaddr *)&newaddr,&newaddrlen);
msock newmsock;
newmsock.setsock(newsock);
return newmsock;
}
};
以上的msock和mssock類裏面含有socket句柄，能夠直接將類強制轉換爲socket句柄
在對epoll封裝以前還有一步就是：定義一個數據結構用於存放不定長度的數據，以便掛入epoll的事件中。
struct mdata
{
int fd;
unsigned int len;
char buf[2048];
mdata(){}
mdata(char *s,const int length)
{
for(int i=0;i<length;i++)
{
buf[i]=s[i];
}
}
};
epoll的封裝能夠開始了，使用的是邊緣觸發的方式，個人思路是：將epoll的句柄以及參數都記錄在類中，並本身維護一個events數據用於對應的事件。外部只須要根據返回事件的臨時編號經過類的方法獲取返回值便可。
class mepoll
{
public:
int epfd; //epoll自身的句柄
epoll_event ev,*events; //臨時事件和每次wait用於儲存的事件數組
int maxevents; //最大事件數
int timeout; //wait超時
//構造函數默認最大事件數爲20
mepoll(unsigned short eventsnum=20)
{
epfd=epoll_create(0xfff);
maxevents=eventsnum;
events=new epoll_event[maxevents];
timeout=-1;
}
//添加新的socket句柄到epoll中
int add(SOCKET fd)
{
fcntl(fd, F_SETFL, O_NONBLOCK);//設置fd爲非阻塞
ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
ev.data.fd=fd;
return epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,fd,&ev);
}
//設置對應編號的句柄事件爲可讀
void ctl_in(int index)
{
ev.data.fd=*(int *)events[index].data.ptr;
ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,*(int *)events[index].data.ptr,&ev);
}
//改可寫，並將要寫的數據data綁定到該句柄對應的事件中
void ctl_out(int index,mdata *data)
{
data->fd=events[index].data.fd;
ev.data.ptr=data;
ev.events=EPOLLOUT|EPOLLET;
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,events[index].data.fd,&ev);
}
int wait()
{
return epoll_wait(epfd,events,maxevents,timeout);
}
unsigned int geteventtype(int index)
{
return events[index].events;
}
//獲取對應編號中的msock
msock getsock(int index)
{
msock sk;
sk.setsock(events[index].data.fd);
return sk;
}
//從mdata裏獲取出msock
msock getsock(mdata *data)
{
msock sk;
sk.setsock(data->fd);
return sk;
}
//獲取對應編號的事件
mdata *getdata(int index)
{
return (mdata *)events[index].data.ptr;
}
};
如今有一個比較好用的epoll類了。因而能夠開始實現一個簡單的完整服務器程序了。
在實現過程當中，有幾點須要注意區分用於listen用的句柄和收發數據使用的句柄。由於採用的是邊緣觸發的方式，極可能會出現同事listen到多個鏈接的狀況，可是這裏epoll_wait只會通知一次。若是咱們發現有accept事件，咱們卻沒有把全部accept處理完，不少的連接就不能連入。對於這種問題，能夠這樣處理：在listen發生時，一直accept直到accept失敗吧全部連接都處理完再繼續。
下面我使用個人遊戲邏輯的接口和epoll類實現一個基本的服務器程序：
遊戲邏輯的接口很簡單，只須要調用gamemain建立出該遊戲類的實例。並使用收到的數據調用mdata *gamemain::dealdata(mdata *data) 函數便可獲得遊戲邏輯處理後的mdata，將處理好的mdata發回去，這裏處理後的mdata*是遊戲實例自動分配的，發完以後調用gamemain::freedatainpool（mdata *data）釋放（那邊也會自動釋放的）。（哈哈，沒想到本身第一次寫遊戲服務器邏輯能作得如此低耦合）
#include "ssock.h"
#include "game.h"
int main()
{
gamemain game;//建立遊戲實例
mepoll ep;//epoll類
mssock ssock;//服務器listen用的sock
msock csock;//臨時sock
mdata rdata;//臨時rdata
ssock.setport(5000);//使用5000端口
if(SOCKET_ERROR==ssock.mbind())
{
puts("bind error");
return -1;
}
if(SOCKET_ERROR==ssock.mlisten())
{
puts("listen error");
return -1;
}
//開始listen
//將listen句柄加入到epoll中
ep.add(ssock.getsock());
puts("server start");
int ionum;
while(1)
{
ionum=ep.wait();//獲取事件
//遍歷並處理全部事件
for(int i=0; i<ionum; i++)
{
printf("some data come: ");
csock=ep.getsock(i);
if(ep.geteventtype(i)&EPOLLERR)
{
printf("sock %u error\n",csock.sock);
csock.mclose();
}
else if(ssock==csock)//處理listen事件
{
while(1)//accept直到沒有新鏈接
{
csock=ssock.maccept();
if(csock.getsock()==SOCKET_ERROR)
{
break;
}
//將新鏈接加入到epoll中
ep.add(csock.getsock());
puts("a newsock comed:");
}
}
else if(ep.geteventtype(i)&EPOLLIN)//處理接收事件
{
//根據臨時編號獲取到對應sock並接收數據
csock=ep.getsock(i);
printf("sock %u in\n",csock.sock);
int rlen;
bool isrecv=false;
rdata.len=0;
while(1)
{
rlen=csock.mrecv(rdata.buf+rdata.len);
if(rlen<0)
{
if (errno == EAGAIN)
{
isrecv = true;
break;
}
else if (errno == EINTR)
{
continue;
}
else
{
break;
}
}
}
if(isrecv)
{
//調用遊戲邏輯處理數據並修改sock事件爲發送
ep.ctl_out(i,game.dealdata(&rdata));
}
}
else if(ep.geteventtype(i)&EPOLLOUT)//處理髮送事件
{
mdata *data=ep.getdata(i);
csock=ep.getsock(data);
printf("sock %u out type:%u\n",csock.sock,data->buf[4]);
int slen,cnt=0;
bool issend=false;
while(1)
{
slen=csock.msend(data);
if(slen<0)
{
if (errno == EAGAIN)
{
// 對於nonblocking 的socket而言，這裏說明了已經所有發送成功了
issend = true;
break;
}
else if (errno == EINTR)
{
// 被信號中斷
continue;
}
else
{
// 其餘錯誤
break;
}
}
if(slen=0)
{
break;
}
/*cnt+=slen;
if(cnt>=data->len)*/
{
issend=true;
break;
}
}
game.freedatainpool(data);
//不管發送狀況都要改成可寫，以容錯
ep.ctl_in(i);
}
}
}
puts("server ended");
return 0;
}
這個程序每一次讀操做完成後，都是在單線程處理完遊戲邏輯在進行下一步。若是遊戲邏輯效率高且不會涉及到數據庫等待的問題，這種方式可取，不然能夠另起線程處理遊戲邏輯，實現真正的高併發。
本文的整個內容已經講完了，epoll的學問可不止這些，須要在之後的實踐中要慢慢積累。
- 1. epoll模型的理解封裝與應用
- 2. epoll原理詳解及epoll反應堆模型
- 3. io複用與epoll模型詳解
- 4. Epoll的C++封裝
- 5. Reactor模型與epoll模型的區別
- 6. IOCP模型與EPOLL模型的比較
- 7. simulink的模塊封裝與解封裝
- 8. OSI七層模型及數據的封裝與解封裝
- 9. Epoll模型詳解
- 10. epoll模型詳解
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