epoll反应堆模型

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下面代码实现的思想：epoll反应堆模型：（ libevent 网络编程开源库 核心思想）

1.　　普通多路IO转接服务器： 红黑树 ―― 添加待监听的结点 ―― epoll_ctl ―― EPOLLIN ―― fd ―― 监听 ―― epoll_wait ――

　　返回满足监听事件的fd的总个数 ―― 传出参数 events数组 ―― 内部元素 ――满足对应监听事件的fd

　　―― 判断对应事件 ―― Accept、Read。――循环 epoll_wait 监听

2.　　epoll反应堆模型： 创建红黑树 ―― 添加监听结点 ―― epoll_ctl ―― EPOLLIN ―― fd ―― 监听 ―― epoll_wait ―― 将结点从树上摘下

　　―― 大写转小写 ―― 修改fd的监听事件 ―― EPOLLOUT ―― 重新添加到红黑树 ―― 监听 ―― epoll_wait ―― 写数据到

　　客户端 ―― 再将结点从树上摘下 ―― 修改监听时间 ―― EPOLLIN ―― 挂上红黑树监听。

　　添加监听写事件的目的： “滑动窗口”已满，绕过写。epoll_wait满足后再进行写。

 /*
  *epoll基于非阻塞I/O事件驱动
  */
 #include <stdio.h>
 #include <sys/socket.h>
 #include <sys/epoll.h>
 #include <arpa/inet.h>
 #include <fcntl.h>
 #include <unistd.h>
 #include <errno.h>
 #include <string.h>
 #include <stdlib.h>
 #include <time.h> 

 #define MAX_EVENTS  1024                                    //监听上限数
 #define BUFLEN 4096
 #define SERV_PORT   8080

 void recvdata(int fd, int events, void *arg);
 void senddata(int fd, int events, void *arg);

 /* 描述就绪文件描述符相关信息 */

 struct myevent_s {
     int fd;                                                 //要监听的文件描述符
     int events;                                             //对应的监听事件
     void *arg;                                              //泛型参数
     void (*call_back)(int fd, int events, void *arg);       //回调函数
     int status;                                             //是否在监听:1->在红黑树上(监听), 0->不在(不监听)
     char buf[BUFLEN];
     int len;
     long last_active;                                       //记录每次加入红黑树 g_efd 的时间值
 };

 int g_efd;                                                  //全局变量, 保存epoll_create返回的文件描述符
 struct myevent_s g_events[MAX_EVENTS+];                    //自定义结构体类型数组. +1-->listen fd

 /*将结构体 myevent_s 成员变量 初始化*/

 void eventset(struct myevent_s *ev, int fd, void (*call_back)(int, int, void *), void *arg)
 {
     ev->fd = fd;
     ev->call_back = call_back;
     ev->events = ;
     ev->arg = arg;
     ev->status = ;
     memset(ev->buf, , sizeof(ev->buf));
     ev->len = ;
     ev->last_active = time(NULL);                       //调用eventset函数的时间

     return;
 }

 /* 向 epoll监听的红黑树 添加一个 文件描述符 */

 void eventadd(int efd, int events, struct myevent_s *ev)
 {
     struct epoll_event epv = {, {}};
     int op;
     epv.data.ptr = ev;
     epv.events = ev->events = events;       //EPOLLIN 或 EPOLLOUT

     if (ev->status == ) {                                          //已经在红黑树 g_efd 里
         op = EPOLL_CTL_ADD;                 //将其加入红黑树 g_efd, 并将status置1
         ev->status = ;
     }

     if (epoll_ctl(efd, op, ev->fd, &epv) < )                       //实际添加/修改
         printf("event add failed [fd=%d], events[%d]\n", ev->fd, events);
     else
         printf("event add OK [fd=%d], op=%d, events[%0X]\n", ev->fd, op, events);

     return ;
 }

 /* 从epoll 监听的 红黑树中删除一个 文件描述符*/

 void eventdel(int efd, struct myevent_s *ev)
 {
     struct epoll_event epv = {, {}};

     if (ev->status != )                                        //不在红黑树上
         return ;

     //epv.data.ptr = ev;
     epv.data.ptr = NULL;
     ev->status = ;                                             //修改状态
     epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_DEL, ev->fd, &epv);                //从红黑树 efd 上将 ev->fd 摘除

     return ;
 }

 /*  当有文件描述符就绪, epoll返回, 调用该函数 与客户端建立链接 */

 void acceptconn(int lfd, int events, void *arg)
 {
     struct sockaddr_in cin;
     socklen_t len = sizeof(cin);
     int cfd, i;

     if ((cfd = accept(lfd, (struct sockaddr *)&cin, &len)) == -) {
         if (errno != EAGAIN && errno != EINTR) {
             /* 暂时不做出错处理 */
         }
         printf("%s: accept, %s\n", __func__, strerror(errno));
         return ;
     }

     do {
         for (i = ; i < MAX_EVENTS; i++)                                //从全局数组g_events中找一个空闲元素
             if (g_events[i].status == )                                //类似于select中找值为-1的元素
                 break;                                                  //跳出 for

         if (i == MAX_EVENTS) {
             printf("%s: max connect limit[%d]\n", __func__, MAX_EVENTS);
             break;                                                      //跳出do while(0) 不执行后续代码
         }

         int flag = ;
         if ((flag = fcntl(cfd, F_SETFL, O_NONBLOCK)) < ) {             //将cfd也设置为非阻塞
             printf("%s: fcntl nonblocking failed, %s\n", __func__, strerror(errno));
             break;
         }

         /* 给cfd设置一个 myevent_s 结构体, 回调函数 设置为 recvdata */

         eventset(&g_events[i], cfd, recvdata, &g_events[i]);
         eventadd(g_efd, EPOLLIN, &g_events[i]);                         //将cfd添加到红黑树g_efd中,监听读事件

     } while();

     printf("new connect [%s:%d][time:%ld], pos[%d]\n",
             inet_ntoa(cin.sin_addr), ntohs(cin.sin_port), g_events[i].last_active, i);
     return ;
 }

 void recvdata(int fd, int events, void *arg)
 {
     struct myevent_s *ev = (struct myevent_s *)arg;
     int len;

     len = recv(fd, ev->buf, sizeof(ev->buf), );            //读文件描述符, 数据存入myevent_s成员buf中

     eventdel(g_efd, ev);        //将该节点从红黑树上摘除

     if (len > ) {

         ev->len = len;
         ev->buf[len] = '\0';                                //手动添加字符串结束标记
         printf("C[%d]:%s\n", fd, ev->buf);

         eventset(ev, fd, senddata, ev);                     //设置该 fd 对应的回调函数为 senddata
         eventadd(g_efd, EPOLLOUT, ev);                      //将fd加入红黑树g_efd中,监听其写事件

     } else if (len == ) {
         close(ev->fd);
         /* ev-g_events 地址相减得到偏移元素位置 */
         printf("[fd=%d] pos[%ld], closed\n", fd, ev-g_events);
     } else {
         close(ev->fd);
         printf("recv[fd=%d] error[%d]:%s\n", fd, errno, strerror(errno));
     }

     return;
 }

 void senddata(int fd, int events, void *arg)
 {
     struct myevent_s *ev = (struct myevent_s *)arg;
     int len;

     len = send(fd, ev->buf, ev->len, );                    //直接将数据 回写给客户端。未作处理
     /*
     printf("fd=%d\tev->buf=%s\ttev->len=%d\n", fd, ev->buf, ev->len);
     printf("send len = %d\n", len);
     */
     eventdel(g_efd, ev);                                //从红黑树g_efd中移除

     if (len > ) {

         printf("send[fd=%d], [%d]%s\n", fd, len, ev->buf);
         eventset(ev, fd, recvdata, ev);                     //将该fd的 回调函数改为 recvdata
         eventadd(g_efd, EPOLLIN, ev);                       //从新添加到红黑树上， 设为监听读事件

     } else {
         close(ev->fd);                                      //关闭链接
         printf("send[fd=%d] error %s\n", fd, strerror(errno));
     }

     return ;
 }

 /*创建 socket, 初始化lfd */

 void initlistensocket(int efd, short port)
 {
     struct sockaddr_in sin;

     int lfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, );
     fcntl(lfd, F_SETFL, O_NONBLOCK);                                            //将socket设为非阻塞

     memset(&sin, , sizeof(sin));                                               //bzero(&sin, sizeof(sin))
     sin.sin_family = AF_INET;
     sin.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
     sin.sin_port = htons(port);

     bind(lfd, (struct sockaddr *)&sin, sizeof(sin));

     listen(lfd, );

     /* void eventset(struct myevent_s *ev, int fd, void (*call_back)(int, int, void *), void *arg);  */
     eventset(&g_events[MAX_EVENTS], lfd, acceptconn, &g_events[MAX_EVENTS]);

     /* void eventadd(int efd, int events, struct myevent_s *ev) */
     eventadd(efd, EPOLLIN, &g_events[MAX_EVENTS]);

     return ;
 }

 int main(int argc, char *argv[])
 {
     unsigned short port = SERV_PORT;

     if (argc == )
         port = atoi(argv[]);                           //使用用户指定端口.如未指定,用默认端口

     g_efd = epoll_create(MAX_EVENTS+);                 //创建红黑树,返回给全局 g_efd
     if (g_efd <= )
         printf("create efd in %s err %s\n", __func__, strerror(errno));

     initlistensocket(g_efd, port);                      //初始化监听socket

     struct epoll_event events[MAX_EVENTS+];            //保存已经满足就绪事件的文件描述符数组
     printf("server running:port[%d]\n", port);

     int checkpos = , i;
     while () {
         /* 超时验证，每次测试100个链接，不测试listenfd 当客户端60秒内没有和服务器通信，则关闭此客户端链接 */

         long now = time(NULL);                          //当前时间
         for (i = ; i < ; i++, checkpos++) {         //一次循环检测100个。 使用checkpos控制检测对象
             if (checkpos == MAX_EVENTS)
                 checkpos = ;
             if (g_events[checkpos].status != )         //不在红黑树 g_efd 上
                 continue;

             long duration = now - g_events[checkpos].last_active;       //客户端不活跃的世间

             if (duration >= ) {
                 close(g_events[checkpos].fd);                           //关闭与该客户端链接
                 printf("[fd=%d] timeout\n", g_events[checkpos].fd);
                 eventdel(g_efd, &g_events[checkpos]);                   //将该客户端 从红黑树 g_efd移除
             }
         }

         /*监听红黑树g_efd, 将满足的事件的文件描述符加至events数组中, 1秒没有事件满足, 返回 0*/
         int nfd = epoll_wait(g_efd, events, MAX_EVENTS+, );
         if (nfd < ) {
             printf("epoll_wait error, exit\n");
             break;
         }

         for (i = ; i < nfd; i++) {
             /*使用自定义结构体myevent_s类型指针, 接收 联合体data的void *ptr成员*/
             struct myevent_s *ev = (struct myevent_s *)events[i].data.ptr;  

             if ((events[i].events & EPOLLIN) && (ev->events & EPOLLIN)) {           //读就绪事件
                 ev->call_back(ev->fd, events[i].events, ev->arg);
             }
             if ((events[i].events & EPOLLOUT) && (ev->events & EPOLLOUT)) {         //写就绪事件
                 ev->call_back(ev->fd, events[i].events, ev->arg);
             }
         }
     }

     /* 退出前释放所有资源 */
     return ;
 }