TCP IP 网络编程(七) 理解select和epoll的使用

int main(void)
{
    fd_set set;
    
    FD_ZERO(&set);			0 0 0 0 ....
    
    FD_SET(1,&set);			0 1 0 0 ....
    
    FD_SET(2,&set);			0 1 1 0 ....
    
    FD_CLR(2,&set);			0 1 0 0 ....
}
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#include 
#include 

int select(int maxfd, fd_set * readset,fd_set *writeset,fd_set exceptset,const struct timeval * timeout);

	成功返回大于 0 的值，失败返回 - 1
    
    maxfd		监视文件描述符的数量
    readset		将所有关注是否存在待读取数据的文件描述符注册到fd_set型变量，并传递到其地址值
   	writeset 	将所有关注是否可传无阻塞数据的文件描述符注册到fd_set型变量，并传递到其地址值
    exceptset   将所有关注是否发生异常的文件描述符注册到fd_set型变量，并传递其地址值
    timeout 	调用select函数后，为防止陷入无限阻塞的状态，传递超时time - out消息
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struct timeval
{
    long tv_sec;    	//秒
    long tv_usec;       //微秒
}
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#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define BUF_SIZE 100
void error_handling(char *buf);

int main(int argc, char *argv[])
{
	int serv_sock, clnt_sock;
	struct sockaddr_in serv_adr, clnt_adr;
	struct timeval timeout;
	fd_set reads, cpy_reads;

	socklen_t adr_sz;
	int fd_max, str_len, fd_num, i;
	char buf[BUF_SIZE];
	if(argc!=2) {
		printf("Usage : %s \n", argv[0]);
		exit(1);
	}

	serv_sock=socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	memset(&serv_adr, 0, sizeof(serv_adr));
	serv_adr.sin_family=AF_INET;
	serv_adr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
	serv_adr.sin_port=htons(atoi(argv[1]));
	
	if(bind(serv_sock, (struct sockaddr*) &serv_adr, sizeof(serv_adr))==-1)
		error_handling("bind() error");
	if(listen(serv_sock, 5)==-1)
		error_handling("listen() error");

	FD_ZERO(&reads);
	FD_SET(serv_sock, &reads);
	fd_max=serv_sock;

	while(1)
	{
		cpy_reads=reads;
		timeout.tv_sec=5;
		timeout.tv_usec=5000;

		if((fd_num=select(fd_max+1, &cpy_reads, 0, 0, &timeout))==-1)
			break;
		
		if(fd_num==0)
			continue;

		for(i=0; i

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优于select的epoll

epoll 在内核里使用「红黑树」来关注进程所有待检测的 Socket，红黑树是个高效的数据结构，增删改一般时间复杂度是 O(logn)，通过对这棵黑红树的管理，不需要像 select/poll 在每次操作时都传入整个 Socket 集合，减少了内核和用户空间大量的数据拷贝和内存分配。

epoll 使用事件驱动的机制，内核里维护了一个「链表」来记录就绪事件，只将有事件发生的 Socket 集合传递给应用程序，不需要像 select/poll 那样轮询扫描整个集合（包含有和无事件的 Socket ），大大提高了检测的效率。

基于select的I/O复用速度慢

• 调用select函数后常见的针对所有文件描述符的循环语句
• 每次调用select时都需要向该函数传递监视对象信息

相比于select，epoll最大的好处在于它不会随着监听fd数目的增长而降低效率。

因为在内核中的select实现中，它是采用轮询来处理的，轮询的fd数目越多，自然耗时越多。

实现epoll时必要的函数和结构体

• epoll_create: 创建保存epoll文件描述符的空间
• epoll_ctl: 向空间注册并注销文件描述符
• epoll_wait: 等待文件描述符发生变化

为添加和删除监视对象文件描述符，select方式中需要FD_SET、FD_CLR函数，但是在epoll中都是通过epoll_ctl函数请求操作系统完成

select方式中调用select等待文件描述符的变化，而epoll调用epoll_wait函数。

select方式中通过fd_set变量查看监视对象的状态变化，而epoll_wait方式通过结构体epoll_event将发生变化的文件描述符集中一起

    struct epoll_event {
      __uint32_t events; 
     epoll_data_t data; 
	};


     typedef union epoll_data {
      void *ptr;
      int fd;
      __uint32_t u32;
      __uint64_t u64;
  } epoll_data_t;
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events可以是以下几个宏的集合：

• EPOLLIN ：表示对应的文件描述符可以读（包括对端SOCKET正常关闭）；
• EPOLLOUT：表示对应的文件描述符可以写；
• EPOLLPRI：表示对应的文件描述符有紧急的数据可读（这里应该表示有带外数据到来）；
• EPOLLERR：表示对应的文件描述符发生错误；
• EPOLLHUP：表示对应的文件描述符被挂断；
• EPOLLET： 将EPOLL设为边缘触发(Edge Triggered)模式，这是相对于水平触发(Level Triggered)来说的。
• EPOLLONESHOT：只监听一次事件，当监听完这次事件之后，如果还监听这个socket的话，再次把这个socket加入到EPOLL队列

epoll_create

#include 

int epoll_create(int size);

	成功返回epoll文件描述符，失败返回 - 1
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创建一个epoll的描述符，size用来告诉内核这个监听数目一共多大，此参数不同于select()中的第一个参数，给出最大监听的fd+1的值

当创建好epoll描述符后，它就是会占用一个fd值，所以在使用完epoll后，必须调用close()关闭，否则可能导致fd被耗尽。

epoll_ctl

#include 

int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event * event);
	
	成功返回0，失败时返回-1
        epfd 	用于注册监视对象的epoll例程的文件描述符
        op		用于指定监视对象的添加、删除、更改操作 
        			↓
        	EPOLL_CTL_ADD：注册新的fd到epfd中；
			EPOLL_CTL_MOD：修改已经注册的fd的监听事件；
			EPOLL_CTL_DEL：从epfd中删除一个fd；
        fd		需要注册的监视对象文件描述符
        event 	监视对象的事件类型
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epoll_wait

#include 

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
	成功返回时间的文件描述符，失败返回-1
        epfd		时间发生监视范围的epoll例程的文件描述符
        events		保存时间的文件描述符集合的结构体地址值 (缓冲需要动态分配)
        maxevents	第二个参数可以保存的最大事件数
        timeout		以毫秒为单位，传递-1，一直等待发送事件。
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基于epoll的服务器端

#include 
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#include 

#define BUF_SIZE 100
#define EPOLL_SIZE 50
void error_handling(char *buf);

int main(int argc, char *argv[])
{
	int serv_sock, clnt_sock;
	struct sockaddr_in serv_adr, clnt_adr;
	socklen_t adr_sz;
	int str_len, i;
	char buf[BUF_SIZE];

	struct epoll_event *ep_events;
	struct epoll_event event;
	int epfd, event_cnt;

	if(argc!=2) {
		printf("Usage : %s \n", argv[0]);
		exit(1);
	}

	serv_sock=socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	memset(&serv_adr, 0, sizeof(serv_adr));
	serv_adr.sin_family=AF_INET;
	serv_adr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
	serv_adr.sin_port=htons(atoi(argv[1]));
	
	if(bind(serv_sock, (struct sockaddr*) &serv_adr, sizeof(serv_adr))==-1)
		error_handling("bind() error");
	if(listen(serv_sock, 5)==-1)
		error_handling("listen() error");

	epfd=epoll_create(EPOLL_SIZE);
	ep_events=malloc(sizeof(struct epoll_event)*EPOLL_SIZE);

	event.events=EPOLLIN;
	event.data.fd=serv_sock;	
	epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, serv_sock, &event);

	while(1)
	{
		event_cnt=epoll_wait(epfd, ep_events, EPOLL_SIZE, -1);
		if(event_cnt==-1)
		{
			puts("epoll_wait() error");
			break;
		}

		for(i=0; i