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select、poll、epoll实现多路复用IO并对比差异

目录

一、select实现多路复用

1.select函数介绍

2.select优缺点

3.select使用示例

二、poll实现多路复用

1.poll函数介绍

2.poll优缺点

3.poll使用示例

三、epoll实现多路复用

1.epoll函数介绍

2.epoll工作原理

3.epoll工作模式

(1)水平触发LT模式

(2)边缘触发ET模式

(3)LT与ET模式效率对比

4.epoll函数优缺点

5.poll函数使用示例

四、select、poll、select综合对比


一、select实现多路复用

1.select函数介绍

select函数用于在指定时间内,监视多个指定的文件描述符,超时或者没有文件描述符就绪则返回

函数原型:

include <sys/select.h>

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

返回值:成功返回所有集合中就绪文件描述符的总和,失败返回-1并设置错误码。返回值为0表示超时(timeout时间耗尽,没有文件描述符就绪)

int nfds:监视的文件描述符的最大值+1

fd_set *readfds:监视可读事件的文件描述符。输入时包含指定的要监视的可读事件文件描述符,返回时仅包含就绪的文件描述符。

fd_set *writefds:监视可写事件的文件描述符。输入时包含指定的要监视的可写事件文件描述符,返回时仅包含就绪的文件描述符。

fd_set *exceptfds:监视异常事件的文件描述符。输入时包含指定的要监视的异常事件文件描述符,返回时仅包含就绪的文件描述符。

fd_set结构体原型(本质是位图):

typedef struct {unsigned long fds_bits[FD_SET_SIZE];
} fd_set;

fd_set相关操作函数:

void FD_CLR(int fd, fd_set *set); // 用来清除描述词组 set 中相关fd的位
int FD_ISSET(int fd, fd_set *set); // 用来测试描述词组 set 中相关fd的位是否为真
void FD_SET(int fd, fd_set *set); // 用来设置描述词组 set 中相关fd的位
void FD_ZERO(fd_set *set); // 用来清除描述词组 set 的全部位

struct timeval *timeout:nullptr表示永久阻塞,一直等到有文件描述符就绪;{0,0}表示非阻塞等待,立即返回;{n,m}表示阻塞等待n秒+m毫秒,等待时间内有文件描述符就绪时timeout会被修改为剩余等待时间,等待时间结束立即返回。

struct timeval {long tv_sec;  // 秒long tv_usec; // 微秒
};
2.select优缺点

缺点:

  • 每次调用select之前都要手动设置fd_set集合
  • select支持的文件描述符数量太少
  • 每次调用select都需要将用户空间的fd_set集合拷贝到内核空间,开销大,效率低
  • 每次调用select内核都需要遍历拷贝进来的fd_set集合,开销大,效率低
3.select使用示例

使用select函数通常要配合一个合法文件描述符数组,将所有合法的文件描述符先存放在数组中,再让select函数监视这些合法文件描述符,当这些合法文件描述符就绪并处理完毕后,有些合法文件描述符可能要关闭,将它们从数组中移除,再将重新将合法文件描述符从数组中拷贝到fd_set集合中让select函数监视。

#pragma once
#include <iostream>
#include <memory>
#include <sys/socket.h>//提供select函数
#include "Socket.hpp"using namespace socket_ns;
using namespace log_ns;//基于多路复用IO的服务器
class SelectServer
{static const int gNum=sizeof(fd_set)*8;//一个文件描述符集合中可以容纳的文件描述符数量(看fd_set有多少字节,一个字节等于8位)
static const int gDefaultFd=-1;//private:uint16_t _port;//端口号std::shared_ptr<Socket> _listensock;//Socket对象,包含监听套接字int fdArray[gNum];//存放所有合法的文件描述符(用到的文件描述符),文件描述符按出现的顺序存放在数组中,fdArray[i]=-1表示该位置没有文件描述符
public://构造函数SelectServer(uint16_t port):_port(port),_listensock(std::make_shared<TcpSocket>())//父类对象Socket接收子类对象TcpSocket{_listensock->StartListening(_port);//开始监听//初始化合法文件描述符数组for(int i=0;i<gNum;i++){fdArray[i]=gDefaultFd;}fdArray[0]=_listensock->GetSockfd();//监听套接字的文件描述符是第一个合法的文件描述符,要添加到fdArray中}//析构函数~SelectServer(){}
public://处理就绪的文件描述符void HandleEvent(fd_set& rfds){//遍历合法的文件描述符数组,对就绪的文件描述符作出处理(事件派发)for(int i=0;i<gNum;i++){if(fdArray[i]!=gDefaultFd)//筛选出合法的文件描述符{if(FD_ISSET(fdArray[i],&rfds))//筛选出就绪的文件描述符{if(fdArray[i]==_listensock->GetSockfd())//是监听套接字的文件描述符{HandleListenSockfd();}else//是读写套接字的文件描述符{HandleReadWriteSockfd(i);}}}}}//处理就绪的监听套接字文件描述符void HandleListenSockfd(){InetAddr clientAddr;//保存连接到的客户端地址信息int readWriteSockfd=_listensock->Accept(&clientAddr);//服务端接收连接,并获取到读写文件描述符if(readWriteSockfd>0){LOG(INFO,"Get a new link, client ip:%s port:%d\n",clientAddr.Ip().c_str(),clientAddr.Port());bool flag=false;//标志位,看合法文件描述符集合中有没有空位置for(int i=0;i<gNum;i++){if(fdArray[i]==gDefaultFd)//在合法文件描述符集合中找到一个空位置,将新获得的读写文件描述符添加到合法文件描述符集合中{fdArray[i]=readWriteSockfd;flag=true;LOG(INFO,"Add %d to fdArray success!\n",readWriteSockfd);break;}}if(flag==false)//合法文件描述符集合没有空位置{LOG(WARNING,"FdArray is full, Server is Full");close(readWriteSockfd);//关闭该读写文件描述符}}}//处理就绪的读写套接字文件描述符void HandleReadWriteSockfd(int i){char buffer[1024];int n=read(fdArray[i],buffer,sizeof(buffer)-1);if(n>0)//读取成功{//输出读取到的数据buffer[n]=0;std::cout<<"Client message: "<<buffer<<std::endl;//给客户端返回数据std::string content = "<html><body><h1>hello GJJ</h1></body></html>";std::string echo_str = "HTTP/1.1 200 OK\r\n";echo_str += "Content-Type: text/html\r\n";echo_str += "Content-Length: " + std::to_string(content.size()) + "\r\n\r\n";echo_str += content;send(fdArray[i], echo_str.c_str(), echo_str.size(), 0); // 临时方案}else if(n==0)//客户端退出{LOG(INFO,"Client quit!\n");close(fdArray[i]);//关闭该读写文件描述符fdArray[i]=gDefaultFd;//将该读写文件描述符从合法文件描述符集合中移除,这样下一次循环时其就不会被添加到rfds集合中被select函数监视}else//读取错误{LOG(ERROR,"Read error\n");close(fdArray[i]);//关闭该读写文件描述符fdArray[i]=gDefaultFd;//将该读写文件描述符从合法文件描述符集合中移除,这样下一次循环时其就不会被添加到rfds集合中被select函数监视}}//服务器循环执行void Loop(){while(true){//普通IO(阻塞式IO):直接使用监听套接字接收客户端的连接// InetAddr clientaddr;//存储连接到的客户端地址信息// std::shared_ptr<Socket> readwritesock=_listensock->Accept(&clientaddr);// if(readwritesock==nullptr)// {//     continue;// }//多路复用IO:将获取新连接的过程也看作是IO//客户端发送连接请求相当于数据就绪,服务端接收客户端的连接相当于读取数据(拷贝数据)//利用多路复用IO,让select等待客户端发送连接请求//创建并初始化读事件文件描述符集合fd_set rfds;//读事件的文件描述符集合FD_ZERO(&rfds);//清空集合int maxFd=gDefaultFd;//最大的文件描述符(+1后作为select函数的参数)for(int i=0;i<gNum;i++)//将所有合法的文件描述符添加到读事件文件描述符集合,让select监视{if(fdArray[i]!=gDefaultFd){FD_SET(fdArray[i],&rfds);if(fdArray[i]>maxFd)//更新最大的文件描述符{maxFd=fdArray[i];}}}//调用select函数监视读事件文件描述符集合中的文件描述符(这些文件描述符可能是监听套接字的,也可能是读写套接字的)struct timeval timeout={5,0};//设置定时阻塞5秒int n=select(maxFd+1,&rfds,nullptr,nullptr,&timeout/*nullptr*/);if(n==0)//超时{LOG(DEBUG,"Time out, %d.%d\n",timeout.tv_sec,timeout.tv_usec);}else if(n==-1)//select错误{LOG(ERROR,"Select error\n");}else//成功,有事件就绪{LOG(DEBUG,"Left time is %d.%d\n",timeout.tv_sec,timeout.tv_usec);LOG(INFO,"%d event ready\n",n);//如果文件描述符就绪但是未处理,该文件描述符会一直在集合中//处理就绪的文件描述符HandleEvent(rfds);}}}
};

二、poll实现多路复用

1.poll函数介绍

函数原型:

#include <poll.h>

int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);

返回值:成功返回就绪的文件描述符个数,失败返回-1并设置错误码。返回值为0表示超时(timeout时间耗尽,没有文件描述符就绪)

struct pollfd *fds:struct pollfd结构体数组,存放struct pollfd结构体,每个结构体中都包含一个文件描述符

struct pollfd结构体原型:

struct pollfd {int fd;       // 文件描述符short events;   // 要监控的事件(输入)short revents;  // 实际发生的事件(输出)
};

short events:指定监视的文件描述符的事件,16位短整型,每一位为1时表示一个事件。使用 | 组合多个要监视的事件,例如 POLLIN | POLLOUT | POLLERR,监视可读、可写和错误事件,二进制表示为0000 0000 0000 1101

short revents:监视的文件描述符实际发生的事件,16位短整型,每一位位、为1时表示一个事件。使用 & 检测特定事件,例如 revents & POLLIN检测可读事件是否发生

events/revents事件类型:

nfds_t nfds:指定struct pollfd *fds结构体数组的长度,即监控的文件描述符最大数量

int timeout:单位是毫秒。timeout>0表示阻塞等待timeout毫秒;timeout=0表示非阻塞等待,立即返回;timeout=-1表示永久阻塞,一直等到有文件描述符就绪。(poll的timeout不会像select中的timeout返回剩余的时间)

2.poll优缺点

优点:

  • 支持无限的文件描述符数量,struct pollfd结构体数组可以动态扩容
  • 支持更多的事件类型
  • 监视事件events和就绪事件revents分离,内核不会修改events,只需要重置revents即可重复使用

缺点:

  • 每次调用poll都要将struct pollfd结构体数组拷贝到内核,开销大,效率低
  • 每次调用poll都要遍历struct pollfd结构体数组,开销大,效率低
3.poll使用示例

poll也要配合一个合法文件描述符数组,该数组是struct pollfd类型的结构体数组,struct pollfd结构体包含文件描述符以及监视的事件以及实际就绪的事件,相当于把slelect函数中的fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds都合并到struct pollfd中了,并且poll支持监视的事件类型更多。当就绪的文件描述符处理完毕后,有些文件描述符可能要关闭,就会将他们从struct pollfd结构体数组中移除,由于struct pollfd是全局变量并且直接传递给poll函数,因此无需像select那样将合法文件描述符传递给fd_set,再传给select,而且每次fd_set还需要重置。

#pragma once
#include <iostream>
#include <memory>
#include <poll.h>//提供poll函数
#include "Socket.hpp"using namespace socket_ns;
using namespace log_ns;//基于多路复用IO的服务器
class PollServer
{static const int gNum=1024;//支持的文件描述符数量
static const int gDefaultFd=-1;//private:uint16_t _port;//端口号std::shared_ptr<Socket> _listensock;//Socket对象,包含监听套接字//int fdArray[gNum];//存放所有合法的文件描述符(用到的文件描述符),文件描述符按出现的顺序存放在数组中,fdArray[i]=-1表示该位置没有文件描述符struct pollfd fdEvents[gNum];//存放所有的合法文件描述符,文件描述符由struct pollfd结构体管理,存放在struct pollfd结构体数组中
public://构造函数PollServer(uint16_t port):_port(port),_listensock(std::make_shared<TcpSocket>())//父类对象Socket接收子类对象TcpSocket{_listensock->StartListening(_port);//开始监听//初始化合法文件描述符数组for(int i=0;i<gNum;i++){fdEvents[i].fd=gDefaultFd;fdEvents[i].events=0;fdEvents[i].revents=0;}//fdArray[0]=_listensock->GetSockfd();//监听套接字的文件描述符是第一个合法的文件描述符,要添加到fdArray中fdEvents[0].fd=_listensock->GetSockfd();//监听文件描述符是第一个合法的文件描述符,添加到fdEvents数组中fdEvents[0].events=POLLIN;//监听事件为数据可读}//析构函数~PollServer(){}
public://处理就绪的文件描述符void HandleEvent(){//遍历合法的文件描述符数组,对就绪的文件描述符作出处理(事件派发)for(int i=0;i<gNum;i++){if(fdEvents[i].fd!=gDefaultFd)//筛选出合法的文件描述符{if(fdEvents[i].revents&POLLIN)//筛选出读事件就绪的文件描述符{if(fdEvents[i].fd==_listensock->GetSockfd())//是监听套接字的文件描述符{HandleListenSockfd();}else//是读写套接字的文件描述符{HandleReadWriteSockfd(i);}}}}}//处理就绪的监听套接字文件描述符void HandleListenSockfd(){InetAddr clientAddr;//保存连接到的客户端地址信息int readWriteSockfd=_listensock->Accept(&clientAddr);//服务端接收连接,并获取到读写文件描述符if(readWriteSockfd>0){LOG(INFO,"Get a new link, client ip:%s port:%d\n",clientAddr.Ip().c_str(),clientAddr.Port());bool flag=false;//标志位,看合法文件描述符集合中有没有空位置for(int i=0;i<gNum;i++){if(fdEvents[i].fd==gDefaultFd)//在合法文件描述符集合中找到一个空位置,将新获得的读写文件描述符添加到合法文件描述符集合中{fdEvents[i].fd=readWriteSockfd;//将新获得的读写文件描述符添加到pollfd结构体数组中fdEvents[i].events=POLL_IN;//对新获得的读写文件描述符监视读事件flag=true;LOG(INFO,"Add %d to fdArray success!\n",readWriteSockfd);break;}}if(flag==false)//合法文件描述符集合没有空位置{LOG(WARNING,"FdArray is full, Server is Full");close(readWriteSockfd);//关闭该读写文件描述符//扩容...再添加}}}//处理就绪的读写套接字文件描述符void HandleReadWriteSockfd(int i){char buffer[1024];int n=read(fdEvents[i].fd,buffer,sizeof(buffer)-1);if(n>0)//读取成功{//输出读取到的数据buffer[n]=0;std::cout<<"Client message: "<<buffer<<std::endl;//给客户端返回数据std::string content = "<html><body><h1>hello GJJ</h1></body></html>";std::string echo_str = "HTTP/1.1 200 OK\r\n";echo_str += "Content-Type: text/html\r\n";echo_str += "Content-Length: " + std::to_string(content.size()) + "\r\n\r\n";echo_str += content;send(fdEvents[i].fd, echo_str.c_str(), echo_str.size(), 0); // 临时方案}else if(n==0)//客户端退出{LOG(INFO,"Client quit!\n");close(fdEvents[i].fd);//关闭该读写文件描述符fdEvents[i].fd=gDefaultFd;//将该读写文件描述符从合法文件描述符集合中移除,这样下一次循环时其就不会被添加到rfds集合中被poll函数监视fdEvents[i].events=0;fdEvents[i].revents=0;}else//读取错误{LOG(ERROR,"Read error\n");close(fdEvents[i].fd);//关闭该读写文件描述符fdEvents[i].fd=gDefaultFd;//将该读写文件描述符从合法文件描述符集合中移除,这样下一次循环时其就不会被添加到rfds集合中被poll函数监视fdEvents[i].events=0;fdEvents[i].revents=0;}}//服务器循环执行void Loop(){while(true){//普通IO(阻塞式IO):直接使用监听套接字接收客户端的连接// InetAddr clientaddr;//存储连接到的客户端地址信息// std::shared_ptr<Socket> readwritesock=_listensock->Accept(&clientaddr);// if(readwritesock==nullptr)// {//     continue;// }//多路复用IO:将获取新连接的过程也看作是IO//客户端发送连接请求相当于数据就绪,服务端接收客户端的连接相当于读取数据(拷贝数据)//利用多路复用IO,让poll等待客户端发送连接请求//调用poll函数监视所有的文件描述符的指定事件int timeout=3000;//毫秒int n=poll(fdEvents,gNum,timeout);if(n==0)//超时{LOG(DEBUG,"Time out\n");}else if(n==-1)//Poll错误{LOG(ERROR,"Poll error\n");}else//成功,有事件就绪{LOG(INFO,"%d event ready\n",n);//如果文件描述符就绪但是未处理,该文件描述符会一直在集合中//处理就绪的文件描述符HandleEvent();}}}
};

三、epoll实现多路复用

1.epoll函数介绍

epoll实现多路复用有三个函数

#include <sys/epoll.h>

int epoll_create(int size);

用途:创建一个epoll实例,操作系统内核会为每个epoll实例分配红黑树和就绪链表

返回值:成功返回epoll实例的文件描述符,失败返回-1并设置错误码

int size:已弃用,原表示预期监控的文件描述符数量,现在内核可以动态调整,设置为大于0即可


int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

用途:为epoll实例添加、修改、删除要监控的文件描述符及事件

返回值:成功返回0,失败返回-1并设置错误码

int epfd:epoll实例的文件描述符

int op:操作epoll实例中的文件描述符,EPOLL_CTL_ADD是添加文件描述符;EPOLL_CTL_MOD是修改文件描述符;EPOLL_CTL_DEL是删除文件描述符

int fd:要操作的文件描述符

struct epoll_event* event:struct epoll_event结构体指针,包含操作的文件描述符监控的事件类型和用户数据

struct epoll_event结构体:

uint32_t events:监控的事件类型

epoll_data_t data:用户数据,可以携带一些额外数据当某个文件描述符的某个事件就绪返回给epoll_wait函数的struct epoll_event *events结构体数组中时,也带上该数据(通常是使用int fd带上就绪事件对应的文件描述符,这样在事件就绪时就能知道是哪一个文件描述符的事件)

struct epoll_event {uint32_t     events;  // 监控的事件类型(位掩码)epoll_data_t data;    // 用户数据(可携带额外信息)
};typedef union epoll_data {void    *ptr;   // 自定义指针(如对象指针)int      fd;    // 文件描述符uint32_t u32;   // 32位整数uint64_t u64;   // 64位整数
} epoll_data_t;

uint32_t events监控事件类型:


int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);

用途:等待epoll实例中监控的文件描述符对应的事件就绪,返回就绪的事件列表

返回值:成功返回就绪事件的数量,失败返回-1并设置错误码。返回值为0表示超时

int epfd:epoll实例的文件描述符

struct epoll_event* events:struct epoll_event结构体数组,存放就绪事件的数组。输入输出型参数,由用户定义传入再获取数据。当有n个事件就绪时,epoll_wait函数会将这n个事件按照顺序放入struct epoll_event结构体数组中。

int maxevents:struct epoll_event结构体数组的最大容量

int timeout:单位是毫秒。timeout>0表示阻塞等待timeout毫秒;timeout=0表示非阻塞等待,立即返回;timeout=-1表示永久阻塞,一直等到有文件描述符就绪。(epoll的timeout不会像select中的timeout返回剩余的时间)

2.epoll工作原理

每次调用epoll_create函数时,内核就会创建一个eventpoll结构体,该结构体中主要包含一个红黑树和一个就绪链表。红黑树和就绪链表的节点都是epitem结构体,管理的是事件。红黑树存储的是通过epoll_ctl添加的文件描述符及其监控的事件,可以快速对监控的文件描述符及其事件进行增删查改。就绪链表存储的是已经就绪的文件描述符的监控事件,每当监控的文件描述符IO状态发生变化,内核调用回调函数将就绪的事件添加到就绪链表中。

所有添加到 epoll 中的事件都会与设备(网卡)驱动程序建立回调关系,当响应的事件发生时会调用这个回调方法,这个回调方法在内核中叫 ep_poll_callback,它会将发生的事件添加到就绪链表中

3.epoll工作模式

epoll有两个工作模式:水平触发LT模式、边缘触发ET模式(epoll默认是LT模式)

LT和ET模式是为文件描述符设置的,不同的文件描述符模式可以不同

(1)水平触发LT模式

只要所监控的文件描述符的某个事件处于就绪状态,但未被处理则持续通知

(2)边缘触发ET模式

当监控的文件描述符的某个事件就绪时,仅通知一次,除非该文件描述符又有新的事件就绪,才会再次通知。

通过在events中加上EPOLLET将文件描述符设置为ET模式

如果采用ET模式,那么所有添加到epoll实例中的文件描述符必须使用fcntl函数设置为非阻塞模式。因为ET模式下当事件就绪时仅通知一次,例如读事件就绪,那么应用层就必须一次性把接收缓冲区的数据全部读完,否则就没有下次机会再次读取了,因为epoll_wait函数不会通知第二次。那么就要考虑如何一次性将接收缓冲区的数据全部读取完,要采用循环读取的方式,直到读取不到数据,就说明数据全部读取完了。如果文件描述符采用的是阻塞模式,那么当应用层循环读取,读取不到数据时,就会被阻塞住,导致线程无法处理其他文件描述符。

(3)LT与ET模式效率对比

ET模式比LT模式效率更高,因为

  • ET模式不会持续通知,仅通知一次
  • ET模式下应用层必须一次性将接收缓冲区的数据读取完,返回的TCP窗口更大 
4.epoll函数优缺点

优点

  • 监控的文件描述符数量没有上限
  • 避免使用遍历, 而是使用回调函数的方式, 将就绪的文件描述符结构加入到就绪队列中, epoll_wait 返回直接访问就绪队列就知道哪些文件描述符就绪,时间复杂度为O(1)
  • 只在合适的时候调用 EPOLL_CTL_ADD 将文件描述符结构拷贝到内核中, 这个操作并不频繁(而 select/poll 都是每次循环都要进行拷贝)
5.poll函数使用示例

LT模式

epoll要配合一个struct epoll_event结构体数组使用,将需要监视文件描述符及其事件添加到epoll实例中,当epoll实例中的事件就绪后,内核调用回调方法将这些就绪事件添加到就绪链表中,并且返回就绪事件到struct epoll_event结构体数组中。当某个文件描述符处理完毕需要关闭时,要将其仓epoll实例中删除,并关闭该文件描述符

#pragma once
#include <iostream>
#include <memory>
#include <sys/epoll.h>//提供epoll相关函数
#include "Socket.hpp"
#include "Log.hpp"using namespace socket_ns;
using namespace log_ns;//基于Epoll实现的多路复用服务器
class EpollServer
{static const int num=128;//struct epoll结构体数组的最大容量private:uint16_t _port;//端口号std::shared_ptr<Socket> _listenSock;//Socket对象,包含监听套接字int _epfd;//epoll实例的文件描述符struct epoll_event _readyEvents[num];//作为参数传递给epoll_wait函数,存放就绪的事件public://构造函数EpollServer(uint16_t port):_port(port),_listenSock(std::make_shared<TcpSocket>()){//服务器开始监听_listenSock->StartListening(_port);//创建epoll实例(内核为epoll实例分配红黑树和就绪链表)_epfd=epoll_create(1);if(_epfd<0){perror("why? ");LOG(FATAL,"Epoll create error!\n");exit(1);}LOG(INFO,"Epoll create success!\n");//初始化:将监听文件描述符添加到epoll实例中struct epoll_event ev;ev.events=EPOLLIN;//监听事件为数据可读(即有新连接到来)ev.data.fd=_listenSock->GetSockfd();int n=epoll_ctl(_epfd,EPOLL_CTL_ADD,_listenSock->GetSockfd(),&ev);if(n==0){LOG(INFO,"Epoll ctl success, add listensockfd: %d to epoll.\n",_listenSock->GetSockfd());}else{LOG(FATAL,"Epoll ctl error!\n");exit(2);}}//析构函数~EpollServer(){if(_epfd>=0){close(_epfd);//关闭epoll实例文件描述符}_listenSock->CloseSocket();//关闭监听套接字文件描述符}
public://服务器循环执行void Loop(){int timeout=5000;//5000毫秒while(true){int n=epoll_wait(_epfd,_readyEvents,num,timeout);if(n>0)//有事件就绪{LOG(INFO,"%d event is ready!\n",n);HandleEvent(n);//处理就绪的事件}else if(n==0)//超时{LOG(INFO,"Time out!\n");}else//epoll_wait错误{LOG(ERROR,"Epoll wait error!\n");}}}//处理就绪的事件void HandleEvent(int n){//有n个事件就绪,在struct epoll_event结构体数组中for(int i=0;i<n;i++){//此处暂时只处理读事件if(_readyEvents[i].events&EPOLLIN){if (_readyEvents[i].data.fd == _listenSock->GetSockfd()) //处理监听文件描述符的事件(有新连接){HandleListenSockfd();}else //读写文件描述符的事件(发送和接收数据){HandleReadWriteSockfd(i);}}}}//处理监听文件描述符的事件void HandleListenSockfd(){InetAddr clientAddr;//存储客户端的地址信息int readWriteSockfd=_listenSock->Accept(&clientAddr);//服务端接收客户端的连接if(readWriteSockfd<0){LOG(ERROR,"Get link error!\n");return;}else{//将新连接的读写文件描述符添加到epoll实例中struct epoll_event ev;ev.events=EPOLLIN;ev.data.fd=readWriteSockfd;int n=epoll_ctl(_epfd,EPOLL_CTL_ADD,readWriteSockfd,&ev);if(n==0){LOG(INFO,"Epoll ctl success, add readWriteSockfd: %d to epoll.\n",readWriteSockfd);}else{LOG(ERROR,"Epoll ctl error!\n");return;}}}//处理读写文件描述符的事件void HandleReadWriteSockfd(int i){//此处还未引入协议,暂时认为读取到的数据都是一个完整的报文char buffer[2048];//存储读取到的数据int n=read(_readyEvents[i].data.fd,buffer,sizeof(buffer)-1);if(n>0)//读取数据成功{//输出读取到的数据buffer[n]=0;std::cout<<"Client message: "<<buffer<<std::endl;//给客户端返回数据std::string content = "<html><body><h1>hello GJJ</h1></body></html>";std::string echo_str = "HTTP/1.1 200 OK\r\n";echo_str += "Content-Type: text/html\r\n";echo_str += "Content-Length: " + std::to_string(content.size()) + "\r\n\r\n";echo_str += content;send(_readyEvents[i].data.fd, echo_str.c_str(), echo_str.size(), 0); // 临时方案}else if(n==0)//客户端退出{LOG(INFO,"Client quit!\n");epoll_ctl(_epfd,EPOLL_CTL_DEL,_readyEvents[i].data.fd,nullptr);//从epoll实例中删除该文件描述符close(_readyEvents[i].data.fd);//注意:从epoll实例中移除的文件描述符必须是合法的,所以要先移除再关闭文件描述符}else//读取错误{LOG(ERROR,"Read error\n");epoll_ctl(_epfd,EPOLL_CTL_DEL,_readyEvents[i].data.fd,nullptr);//从epoll实例中删除该文件描述符close(_readyEvents[i].data.fd);//注意:从epoll实例中移除的文件描述符必须是合法的,所以要先移除再关闭文件描述符}}
};

四、select、poll、select综合对比

总结:

  • select:每一次调用select都要将fd_set集合中fd从用户空间拷贝到内核空间,内核再遍历所有文件描述符检测是否有事件就绪,再将所有的有事件就绪的文件描述符拷贝到用户空间,返回到fd_set集合中(就绪的文件描述符对应的事件有标记)
  • poll:每一次调用poll都要将struct pollfd* fds结构体数组中的fd从用户空间拷贝到内核空间,内核再遍历所有文件描述符检测是否有事件就绪,再将所有的有事件就绪的文件描述符拷贝到用户空间,返回到struct pollfd* fds结构体数组中(就绪的文件描述符对应的事件有标记)
  • epoll:只需要一次,将需要监控的文件描述符及其事件添加到epoll实例中(红黑树),无需遍历所有的文件描述符检测事件是否就绪,当事件就绪时内核会通过回调机制触发事件,将就绪的事件添加到就绪链表中,再将就绪链表中的fd返回到struct epoll_event *events结构体数组中

 

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