AI智能
改变未来

alin的学习之路(Linux网络编程:四)(多路IO转接:select、poll、epoll)


alin的学习之路(Linux网络编程:四)(多路IO转接:select、poll、epoll)

1. select

1. select优化思路

当select转接的文件描述符跨度过大时,每次都遍历文件描述符表显然会降低效率,因此要对其优化。

优化思路:添加一个数组来存储要监听的文件描述符,直接遍历这个数组即可

程序流程:

  1. 创建监听套接字lfd = Socket()
  2. 设置端口复用 setsockopt()
  3. Bind() 绑定ip和端口号
  4. Listen()设置最大监听个数
  5. 定义fd_set rset,allset; rset传出,allset用于存所有需要监听的文件描述符
  6. FD_SET(lfd,&allset);
  7. 定义一个存最大文件描述符的变量,暂时等于lfd, maxfd = lfd;
  8. 定义一个 client[1024] 数组存放所有需要监听的文件描述符
  9. 将 client 数组初始化为全 -1 ,-1代表没有文件描述符。定义一个maxindex为client数组的最大有效文件描述符下标
  10. while(1){
  11. rset = allset 初始化rset为全部要监听的文件描述符
  12. int nread = select(maxfd+1,&rset,NULL,NULL,NULL); 阻塞等待监听的文件描述符中有读事件产生
  13. if(FD_ISSET(lfd,&rset))
      说明有客户端请求接入,cfd = Accept() ,将 cfd 添加到client数组中的第一个不为-1的位置,并更新maxindex。
    • 然后判断 nread 如果等于1 的话,continue;
  14. else
      不为 lfd 即为 cfd 有读事件,遍历client数组,循环到最大下标maxindex,数组值为-1时continue。
    • 判断 cfd 是否在rset中,使用FD_ISSET(client[i]),如果存在的话调用Read()
    • Read()返回值为0:客户端退出,FD_CLR(client[i],&allset); ,client[i] 置为 -1,Close(client[i])
    • Read() 返回值大于0:小写转大写,Write()
  15. }
  16. Close(lfd);

2. 代码实现

#include \"wrap.h\"#include <sys/select.h>#include <strings.h>#include <ctype.h>#define SRV_PORT 6669#define OPEN_MAX 1024int main(){int cfd,lfd,ret;struct sockaddr_in srv_addr,clt_addr;srv_addr.sin_family = AF_INET;srv_addr.sin_port = htons(SRV_PORT);srv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);socklen_t clt_addr_len;char buf[BUFSIZ] = {0};char cltip[16];lfd = Socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);int opt = 1;ret = setsockopt(lfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,(void*)&opt,sizeof(opt));if(-1 == ret)sys_err(\"setsockopt error\");Bind(lfd,(struct sockaddr*)&srv_addr,sizeof(srv_addr));Listen(lfd,128);int maxfd = lfd;int maxindex = 0;fd_set rset,allset;FD_ZERO(&rset);FD_ZERO(&allset);FD_SET(lfd,&allset);int client[OPEN_MAX];for(int i=0 ;i<OPEN_MAX ;++i){client[i] = -1;}int nread;while(1){rset = allset;nread = select(maxfd+1,&rset,NULL,NULL,NULL);if(-1 == ret)sys_err(\"select error\");if(nread == 0)continue;if(FD_ISSET(lfd,&rset))   //有新客户端接入{clt_addr_len = sizeof(clt_addr);cfd = Accept(lfd,(struct sockaddr*)&clt_addr,&clt_addr_len);printf(\"客户端ip:%s,port:%d 接入\\n\",inet_ntop(AF_INET,&clt_addr.sin_addr.s_addr,cltip,sizeof(cltip)),ntohs(clt_addr.sin_port));int i;//将新文件描述符添加到数组中for(i=0 ;i<OPEN_MAX; ++i){if(client[i] == -1){client[i] = cfd;if(maxindex < i)maxindex = i;if(maxfd < cfd)maxfd = cfd;//将新文件描述符添加到allsetFD_SET(cfd,&allset);break;}}if(i == OPEN_MAX){printf(\"too much fd\\n\");exit(1);}}else    // 客户端通信{for(int i = 0 ;i <= maxindex ;++i){if(client[i] != -1){int sockfd = client[i];if(FD_ISSET(sockfd,&rset))   //判断如果在rset中,通信{ret = Read(sockfd,buf,sizeof(buf));if(0 == ret){FD_CLR(sockfd,&allset);client[i] = -1;Close(sockfd);}else if(ret > 0){for(int j = 0;j < ret ;++j){buf[j] = toupper(buf[j]);}Write(sockfd,buf,ret);Write(STDOUT_FILENO,buf,ret);}}}}}}Close(lfd);return 0;}

3. select 函数优缺点

  • 优点:跨平台。Windows、Linux、MacOS、Unix、类Unix
  • 缺点:
      监听上限受文件描述符限制。 最大 1204
    • 检查满足条件 fd, 当fd 的跨度较大时,需自己添加业务逻辑提高检索效率。编码难度高。

    4. 同步和异步的区分

    同步:阻塞

    异步:不阻塞

    2. 突破文件描述符1024最大打开(Ubuntu 18.04以后)

    • 查看 当前 Linux 系统所能打开的 最大文件个数 —— 受硬件影响。

      cat /proc/sys/fs/file-max
    • 获取当前 用户下的进程, 默认打开的文件描述符个数。 —— 默认值 1024

    • 使用命令

      ulimit -a

      itcast@ubuntu:~/classcode/itcode/4day/select_server$ ulimit -acore file size          (blocks, -c) 0data seg size           (kbytes, -d) unlimitedscheduling priority             (-e) 0file size               (blocks, -f) unlimitedpending signals                 (-i) 3472max locked memory       (kbytes, -l) 65536max memory size         (kbytes, -m) unlimitedopen files                      (-n) 65536pipe size            (512 bytes, -p) 8POSIX message queues     (bytes, -q) 819200real-time priority              (-r) 0stack size              (kbytes, -s) 8192cpu time               (seconds, -t) unlimitedmax user processes              (-u) 3472virtual memory          (kbytes, -v) unlimitedfile locks                      (-x) unlimited
    1. sudo vi /etc/security/limits.conf 打开文件, 添加设置。 不能超过 cat /proc/sys/fs/file-
      max 命令查询结果。

      * soft nofile 65536 和 * hard nofile 65536
    2. sudo vi /etc/systemd/user.conf 打开文件, 添加设置

    DefaultLimitNOFILE=65535
    1. sudo vi /etc/systemd/system.conf 打开文件, 添加设置

      DefaultLimitNOFILE=65535
    2. 必须重启 Linux 系统,使配置文件生效。

    3. ulimit -a 查看到 修改后的 默认打开的文件数

    4. ulimit -n 4096。 设置的临时数量 < 65535 即可生效。

    2. poll

    1.相关函数

    #include <poll.h>int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);fds:【数组】监听的文件描述符struct pollfd {int  fd;  // 待监听的文件描述符short events;   // 待监听的文件描述符的监听事件POLLIN、 POLLOUT、 POLLERRshort revents;  // 传入时,赋值为0。 poll 函数返回后,如果满足对应事件,// 该成员变量的值变为非0。 POLLIN、 POLLOUT、POLLERR};nfds: 监听数组的实际有效的监听个数。————不是数组的容量。timeout:> 0: 超时时长。 单位:毫秒。-1: 阻塞等。0: 不阻塞。返回值:成功:返回满足对应监听事件的文件描述符 【总个数】失败:-1, errno

    2. 实现流程

    3. poll优缺点

    • 优点:自带数组结构。 可以将 “监听事件集合” 和 “满足监听事件的集合” 分离。
    • 可以 拓展监听上限。 超出 1024。
  • 缺点:
      不能跨平台。Linux
    • 无法直接定位满足监听事件的文件描述符, 编码难度较大。

    3. Read函数返回值

    > 0: 	实际读到的字节数= 0: 	socket 中 对端关闭。close()- 1: 	如果 errno == EINTR 被异常中断。 需要重启。如果 errno == EAGAIN 或 EWOULDBLOCK 以非阻塞方式读数据, 但没有数据。 需要,再次读。如果 errno == ECONNRESET。 说明连接被重置。 需要 close,移除出监听队列。其余为 异常。

    4. epoll

    1. 相关函数

    1. epoll_create()

      #include <sys/epoll.h>// 创建一棵监听红黑树int epoll_create(int size);size:创建的红黑树的监听节点的数量。(仅供内核参考)返回值:成功:新创建的红黑树根节点的fd失败:-1, errno
    2. epoll_ctl()

      // 操作监听红黑树int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);参数epfd:epoll_create 函数的返回值。epfd参数op:对监听红黑树所做的操作。EPOLL_CTL_ADD: 添加 fd 到监听红黑树。(设置监听)EPOLL_CTL_MOD: 修改 fd 在监听红黑树上的监听事件。EPOLL_CTL_DEL: 将一个fd从监听红黑树上摘下。(取消监听)参数fd:待监听的 fd。参数event:【不是数组】本质是 struct epoll_event 结构体变量的地址。----传入参数。成员 events:	EPOLLIN、 EPOLLOUT、 EPOLLERR成员 data:联合体(共用体)int fd: 对应监听事件的 fdvoid *ptr:uint32_t u32:uint64_t u64:返回值:成功:0失败:-1, errno
    3. epoll_wait()

      // 阻塞监听int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);epfd:epoll_create 函数的返回值。epfdevents:传出参数【数组】,满足监听条件的那些 fd 结构体。maxevents:数组元素的总个数。1024举例:struct epoll_event events[1024];timeout:> 0: 超时时间,单位:毫秒-1:阻塞监听。0:非阻塞。返回值:> 0: 满足监听事件的文件描述符【总个数】。可以用作循环 events 数组的上限。0:没有fd满足-1:失败。 errno

    2. 实现思路

    1. Socket()创建监听套接字
    2. 设置端口复用 setsockopt()
    3. Bind()绑定IP地址和端口号
    4. Listen() 设置最大监听数
    5. int epfd = epoll_create() 创建epoll树根节点
    6. struct epoll_event tep,ep[1024]; 创建一个中间量的epoll事件结构体,一个结构体数组。一个用于epoll_ctl()函数传参,一个用于epoll_wait()函数传参
    7. tep初始化:tep.events = EPOLLIN;tep.data.fd = lfd;
    8. epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,lfd,&tep); 将lfd挂上ep树
    9. while(1){
    10. int ret = epoll_wait(epfd,ep,1024,-1); 监听ep树上的文件描述符
    11. for(int i=0 ;i<ret ;++i)
    12. if(ep[i].data.fd == lfd)
        Accept() 连接客户端
      • 使用epoll_ctl()将cfd挂上ep树
    13. else
        非lfd即cfd ,Read()
      • Read() 返回值等于0:从ep树上摘下该文件描述符,使用epoll_ctl(),第二个参数是EPOLL_CTL_DEL,Close()
      • Read() 返回值大于0:小写转大写,Write()
    14. }
    15. Close(lfd);

    3. 实现代码

    #include \"wrap.h\"#include <strings.h>#include <ctype.h>#include <sys/epoll.h>#define SRV_PORT 6668#define OPEN_MAX 1024int main(){int lfd,cfd;int ret;char cltip[16];char buf[BUFSIZ] = {0};socklen_t clt_addr_len;struct sockaddr_in srv_addr,clt_addr;bzero(&clt_addr,sizeof(clt_addr));bzero(&srv_addr,sizeof(srv_addr));srv_addr.sin_family = AF_INET;srv_addr.sin_port = htons(SRV_PORT);srv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);lfd = Socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);int opt = 1;ret = setsockopt(lfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,(void*)&opt,sizeof(opt));if(-1 == ret){sys_err(\"setsockopt error\");}Bind(lfd,(struct sockaddr*)&srv_addr,sizeof(srv_addr));Listen(lfd,128);struct epoll_event tep,ep[OPEN_MAX];int epfd = epoll_create(OPEN_MAX);if(-1 == epfd)sys_err(\"epoll_create error\");tep.events = EPOLLIN;tep.data.fd = lfd;ret = epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,lfd,&tep);if(-1 == ret)sys_err(\"epoll_ctl error\");while(1){int nread = epoll_wait(epfd,ep,OPEN_MAX,-1);if(-1 == nread)sys_err(\"epoll_wait error\");for(int i=0 ;i<nread ;++i){if (!(ep[i].events & EPOLLIN))      //如果不是\"读\"事件, 继续循环continue;int sockfd = ep[i].data.fd;if(sockfd == lfd)     //有新的客户端接入{clt_addr_len = sizeof(clt_addr);cfd = Accept(lfd,(struct sockaddr*)&clt_addr,&clt_addr_len);printf(\"客户端ip:%s,port:%d 接入\\n\",inet_ntop(AF_INET,&clt_addr.sin_addr.s_addr,cltip,sizeof(cltip)),ntohs(clt_addr.sin_port));tep.events = EPOLLIN;tep.data.fd = cfd;ret = epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,cfd,&tep);if(-1 == ret)sys_err(\"epoll_ctl\");}else    //与客户端通信{ret = Read(sockfd,buf,sizeof(buf));if(0 == ret)   //客户端退出{int n = epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_DEL,sockfd,NULL);if(-1 == n)sys_err(\"epoll_ctl error\");Close(sockfd);}else if(ret > 0){for(int j = 0 ;j < ret ;++j)buf[j] = toupper(buf[j]);Write(sockfd,buf,ret);Write(STDOUT_FILENO,buf,ret);}}}}Close(lfd);return 0;}
  • 赞(0) 打赏
    未经允许不得转载:爱站程序员基地 » alin的学习之路(Linux网络编程:四)(多路IO转接:select、poll、epoll)