IO多路复用：epoll
epoll的提出--》它所支持的文件描述符上限是系统可以最大打开的文件的数目；
eg：1GB机器上，这个上限10万个左右。
每个fd上面有callback(回调函数)函数，只有产生事件的fd才有主动调用callback，不需要轮询。
注意：
Epoll处理高并发，百万级
1. 红黑树： 是特殊的二叉树(每个节点带有属性)，Epoll怎样能监听很多个呢？首先创建树的根节点，每个节点都是一个fd以结构体的形式存储（节点里面包含了一些属性，callback函数）
2. 就绪链表： 当某一个文件描述符产生事件后，会自动调用callback函数，通过回调callback函数来找到链表对应的事件（读时间还是写事件)。
1.特点
1.监听的文件描述符没有了限制
2.异步IO，epoll当有世纪那唤醒之后，发生事件的文件描述符会主动的调用callback回调函数，拿到对应的文件描述符。不需要要轮询，效率高
3.epoll不需要构造表，只需要从用户空间拷贝到内核空间一次
2.编程步骤
- 创建红黑树和就绪链表 epoll_create
- 将关心的文件描述符和事件上树 epoll_ctl
- 阻塞等待事件产生，一旦产生事件，则进行处理 epoll_wait
- 根据链表中准备好的文件描述符，进行处理
3.函数接口
int epoll_create(int size);
功能：创建红黑树根节点(创建epoll实例) , 同时也会创建就绪链表
返回值：成功时返回一个实例epfd(二叉树句柄)，失败时返回-1。int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
功能：控制epoll属性,比如给红黑树添加节点
参数: 1. epfd: epoll_create函数的返回句柄。//一个标识符
2. op:表示动作类型,有三个宏:
EPOLL_CTL_ADD：注册新的fd到epfd中
EPOLL_CTL_MOD：修改已注册fd的监听事件
EPOLL_CTL_DEL：从epfd中删除一个fd
3. 要操作的文件描述符
4. 结构体信息:
typedef union epoll_data {
int fd; //要添加的文件描述符
uint32_t u32; typedef unsigned int
uint64_t u64; typedef unsigned long int
} epoll_data_t;
struct epoll_event {
uint32_t events； 事件
epoll_data_t data； //共用体(看上面)
};
关于events事件:
EPOLLIN: 表示对应文件描述符可读
EPOLLOUT: 可写
EPOLLPRI：有紧急数据可读；
EPOLLERR：错误；
EPOLLHUP：被挂断；
EPOLLET：触发方式，边缘触发；(默认使用边缘触发)
ET模式：表示状态的变化；
NULL: 删除一个文件描述符使用,无事件
返回值：成功:0， 失败:-1
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
功能：等待事件产生
内核会查找红黑树中有事件响应的文件描述符, 并将这些文件描述符放入就绪链表
就绪链表中的内容, 执行epoll_wait会同时复制到第二个参数events
参数: epfd:句柄；
events：用来保存从就绪链表中响应事件的集合；
maxevents: 表示每次在链表中拿取响应事件的个数；
timeout：超时时间，毫秒，0立即返回 ，-1阻塞
返回值: 成功: 实际从链表中拿出的文件描述符数目 失败时返回-1
4.总结
| select | poll | epoll | |
| 监听个数 | 一个进程最多监听1024个文件描述符 | 由程序员自己决定 | 百万级 |
| 方式 | 每次都会被唤醒，都需要重新轮询 | 每次都会被唤醒，都需要重新轮询 | 红黑树内callback自动回调，不需要轮询 |
| 效率 | 文件描述符数目越多，轮询越多，效率越低 | 文件描述符数目越多，轮询越多，效率越低 | 不轮询，效率高 |
| 原理 | 每次使用select后，都会清空表 每次调用select，都需要拷贝用户空间的表到内核空间 内核空间负责轮询监视表内的文件描述符，将发生事件的文件描述符拷贝到用户空间，再次调用select，如此循环 | 不会清空结构体数组 每次调用poll，都需要拷贝用户空间的结构体到内核空间 内核空间负责轮询监视结构体数组内的文件描述符，将发生事件的文件描述符拷贝到用户空间，再次调用poll，如此循环 | 不会清空表 epoll中每个fd只会从用户空间到内核空间只拷贝一次（上树时） 通过epoll_ctl将文件描述符交给内核监管，一旦fd就绪，内核就会采用callback的回调机制来激活该fd，epoll_wait便可以收到通知（内核空间到用户空间的拷贝 |
| 特点 |
|
|
|
| 结构 | 文件描述符表（位表） | 结构体数组 | 红黑树和就绪链表 |
| 开发复杂度 | 低 | 低 | 中 |
服务器模型
在网络通信中，通常一个服务器要连接多个客户端
为了处理多个客户端的请求，通常有多种表现形式
1.循环服务器： 一个服务器在同一时间只能处理一个客户端的请求
tcp：
socket();
bind();
listen();
while(1)
accept();
while(1)
recv()/send();
close();
2.并发服务器：一个服务器在同一时间可以处理多个客户端的请求
3.多进程：每有一个客户端连接创建一个进程进行通信
为什么要创建进程？------》通信
什么时间创建进程？------》accept之后fork
子进程：通信
父进程：循环等待下一个客户端连接
进程资源回收----》子进程退出-----》客户端退出
wait(); waitpid();
SIGCHLD:当子进程退出给父进程发送的信号
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <sys/wait.h>
void handler(int sig)
{
wait(NULL);
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
pid_t pid;
char buf[128] = {0};
int ret, acceptfd;
// 1.创建套接字（socket）---------------》有手机
int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sockfd < 0)
{
perror("socket err");
return -1;
}
printf("sockfd:%d\n", sockfd); // 3
// 2.指定网络信息---------------------------》有号码
struct sockaddr_in saddr, caddr;
saddr.sin_family = AF_INET; // IPV4
saddr.sin_port = htons(atoi(argv[1])); // 端口号
// saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.50.13"); // 虚拟机IP
// saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("0.0.0.0");
saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
int len = sizeof(caddr);
// 3.绑定套接字（bind）------------------》绑定手机（插卡）
if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr)) < 0)
{
perror("bind err");
return -1;
}
printf("bind ok\n");
// 4.监听套接字（listen）-----------------》待机
if (listen(sockfd, 6) < 0)
{
perror("listen err");
return -1;
}
printf("listen ok\n");
// 5.接收客户端连接连接请求（accept）--》接电话
// tcp服务器一共有两类文件描述符,一类用于连接,一类用于通信
// socket函数返回值:用于连接的文件描述符
// accept函数返回值:用于通信的文件描述符
signal(SIGCHLD, handler);//设置信号处理方式
while (1)
{
acceptfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&caddr, &len);
if (acceptfd < 0)
{
perror("accept err");
return -1;
}
printf("port:%d ip:%s\n", ntohs(caddr.sin_port), inet_ntoa(caddr.sin_addr));
printf("acceptfd:%d\n", acceptfd);
pid = fork();
if (pid < 0)
{
perror("fork err");
return -1;
}
else if (pid == 0)
{
// 6.接收、发送数据（recv send）---》通话
while (1)
{
// read/write()
ret = recv(acceptfd, buf, sizeof(buf), 0);
if (ret < 0)
{
perror("recv err");
break;
}
else if (ret == 0)
{
printf("client exit\n");
break;
}
else
{
printf("buf:%s\n", buf);
memset(buf, 0, sizeof(buf));
}
}
// 7.关闭套接字（close）-----------------》挂电话
close(acceptfd);
exit(0);
}
else
close(acceptfd);
}
close(sockfd);
return 0;
}
多线程：每有一个客户端连接创建一个线程进行通信
为什么要创建线程-------》通信
什么时间创建线程-------》accept之后pthread_create
子线程：通信
主线程：循环等待下一个客户端连接
通信的文件描述符------》线程传参（11min）
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
void *handler(void *arg)
{
int ret, acceptfd;
acceptfd = *((int *)arg);
char buf[128] = {0};
// 6.接收、发送数据（recv send）---》通话
while (1)
{
// read/write()
ret = recv(acceptfd, buf, sizeof(buf), 0);
if (ret < 0)
{
perror("recv err");
return NULL;
}
else if (ret == 0)
{
printf("client exit\n");
break;
}
else
{
printf("buf:%s\n", buf);
memset(buf, 0, sizeof(buf));
}
// 7.关闭套接字（close）-----------------》挂电话
}
close(acceptfd);
pthread_exit(NULL);
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
int acceptfd;
pthread_t tid;
// 1.创建套接字（socket）---------------》有手机
int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sockfd < 0)
{
perror("socket err");
return -1;
}
printf("sockfd:%d\n", sockfd); // 3
// 2.指定网络信息---------------------------》有号码
struct sockaddr_in saddr, caddr;
saddr.sin_family = AF_INET; // IPV4
saddr.sin_port = htons(atoi(argv[1])); // 端口号
// saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.50.13"); // 虚拟机IP
// saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("0.0.0.0");
saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
int len = sizeof(caddr);
// 3.绑定套接字（bind）------------------》绑定手机（插卡）
if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr)) < 0)
{
perror("bind err");
return -1;
}
printf("bind ok\n");
// 4.监听套接字（listen）-----------------》待机
if (listen(sockfd, 6) < 0)
{
perror("listen err");
return -1;
}
printf("listen ok\n");
// 5.接收客户端连接连接请求（accept）--》接电话
// tcp服务器一共有两类文件描述符,一类用于连接,一类用于通信
// socket函数返回值:用于连接的文件描述符
// accept函数返回值:用于通信的文件描述符
while (1)
{
acceptfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&caddr, &len);
if (acceptfd < 0)
{
perror("accept err");
return -1;
}
printf("port:%d ip:%s\n", ntohs(caddr.sin_port), inet_ntoa(caddr.sin_addr));
printf("acceptfd:%d\n", acceptfd);
pthread_create(&tid, NULL, handler, &acceptfd);
pthread_detach(tid);
}
close(sockfd);
return 0;
}
IO多路复用
select poll epoll
并发服务器总结
多进程：
优点：服务器更稳定，父子进程资源独立，安全性高
缺点：需要开辟多个进程，大量消耗资源，系统开销大
多线程：
优点：相对于多进程，资源开销小，多个线程共享同一个进程的资源
缺点：需要开辟多个线程，安全性较差
IO多路复用：
优点：节省资源、系统开销小，性能高
缺点：代码复杂度高
ftp项目参考代码
服务器
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <dirent.h>
#include <fcntl.h>
void list(int acceptfd);
void putfile(int acceptfd, char *p);
void getfile(int acceptfd, char *p);
int main(int argc, char const *argv[])
{
char buf[128] = {0};
int ret, acceptfd;
// 1.创建套接字（socket）---------------》有手机
int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sockfd < 0)
{
perror("socket err");
return -1;
}
printf("sockfd:%d\n", sockfd); // 3
// 2.指定网络信息---------------------------》有号码
struct sockaddr_in saddr, caddr;
saddr.sin_family = AF_INET; // IPV4
saddr.sin_port = htons(atoi(argv[1])); // 端口号
// saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.50.13"); // 虚拟机IP
// saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("0.0.0.0");
saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
int len = sizeof(caddr);
// 3.绑定套接字（bind）------------------》绑定手机（插卡）
if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr)) < 0)
{
perror("bind err");
return -1;
}
printf("bind ok\n");
// 4.监听套接字（listen）-----------------》待机
if (listen(sockfd, 6) < 0)
{
perror("listen err");
return -1;
}
printf("listen ok\n");
// 5.接收客户端连接连接请求（accept）--》接电话
// tcp服务器一共有两类文件描述符,一类用于连接,一类用于通信
// socket函数返回值:用于连接的文件描述符
// accept函数返回值:用于通信的文件描述符
while (1)
{
acceptfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&caddr, &len);
if (acceptfd < 0)
{
perror("accept err");
return -1;
}
printf("port:%d ip:%s\n", ntohs(caddr.sin_port), inet_ntoa(caddr.sin_addr));
printf("acceptfd:%d\n", acceptfd);
// 6.接收、发送数据（recv send）---》通话
while (1)
{
// read/write()
ret = recv(acceptfd, buf, sizeof(buf), 0);
if (ret < 0)
{
perror("recv err");
return -1;
}
else if (ret == 0)
{
printf("client exit\n");
break;
}
else
{
printf("buf:%s\n", buf);
if (!strcmp(buf, "list"))
list(acceptfd);
if (!strncmp(buf, "put ", 4))
putfile(acceptfd, buf);
if (!strncmp(buf, "get ", 4))
getfile(acceptfd, buf);
if (!strcmp(buf, "quit"))
break;
memset(buf, 0, sizeof(buf));
}
}
// 7.关闭套接字（close）-----------------》挂电话
close(acceptfd);
}
close(sockfd);
return 0;
}
void list(int acceptfd)
{
struct dirent *d;
// 打开目录文件
DIR *dir = opendir(".");
if (dir == NULL)
{
perror("opendir err");
return;
}
// 循环读目录
while ((d = readdir(dir)) != NULL)
{
// 判断是否为普通文件
if (d->d_type == DT_REG)
// 发送给客户端
send(acceptfd, d->d_name, 128, 0);
}
// 发送一个结束的标志
send(acceptfd, "end", 128, 0);
return;
}
void putfile(int acceptfd, char *p)
{
char buf[128] = {0};
int ret;
int fd = open(p + 4, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);
if (fd < 0)
{
perror("open err");
return;
}
// 接受客户端传来的文件内容
while (1)
{
ret = recv(acceptfd, buf, sizeof(buf), 0);
if (ret < 0)
{
perror("recv err");
return;
}
else
{
// 写到目标文件里面
if (!strcmp(buf, "end"))
break;
write(fd, buf, strlen(buf));
memset(buf, 0, sizeof(buf));
}
}
close(fd);
return;
}
void getfile(int acceptfd, char *p)
{
char buf[128] = {0};
ssize_t s;
int fd = open(p + 4, O_RDONLY);
if (fd < 0)
{
perror("open err");
return;
}
// 循环读文件
while (1)
{
s = read(fd, buf, sizeof(buf) - 1);
buf[s] = '\0';
if (s == 0)
{
printf("send end\n");
send(acceptfd, "end", sizeof(buf), 0);
break;
}
// 发送给服务器
send(acceptfd, buf, sizeof(buf), 0);
memset(buf, 0, sizeof(buf));
}
close(fd);
return;
}
客户端
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
void show();
void list(int sockfd);
void putfile(int sockfd, char *p);
void getfile(int sockfd, char *p);
int main(int argc, char const *argv[])
{
char buf[128] = {0};
// 1.创建套接字（socket）------------》有手机
int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sockfd < 0)
{
perror("socket err");
return -1;
}
printf("sockfd:%d\n", sockfd);
// 2.指定（服务器）网络信息--------》有对方的号码
struct sockaddr_in saddr;
saddr.sin_family = AF_INET;
saddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
// 3.连接（connect）-------------------》拨打电话
if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr)) < 0)
{
perror("connect err");
return -1;
}
printf("connect okk\n");
// 4.接收发送消息（recv send）---》通话
while (1)
{
show();
fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
if (buf[strlen(buf) - 1] == '\n')
buf[strlen(buf) - 1] = '\0';
// write(sockfd, buf, sizeof(buf));
send(sockfd, buf, sizeof(buf), 0);
if (!strcmp(buf, "list"))
list(sockfd);
if (!strcmp(buf, "quit"))
break;
if (!strncmp(buf, "put ", 4))
putfile(sockfd, buf);
if (!strncmp(buf, "get ", 4))
getfile(sockfd, buf);
}
// 5.关闭套接字（close）------------》挂电话
close(sockfd);
return 0;
}
void show()
{
printf("----------------list----------------\n");
printf("------------put filename------------\n");
printf("------------get filename------------\n");
printf("----------------quit----------------\n");
}
void list(int sockfd)
{
char buf[128] = {0};
int ret;
while (1)
{
ret = recv(sockfd, buf, sizeof(buf), 0);
if (ret < 0)
{
perror("recv err");
return;
}
if (!strcmp(buf, "end"))
break;
printf("%s ", buf);
}
putchar(10);
return;
}
void putfile(int sockfd, char *p)
{
char buf[128] = {0};
ssize_t s;
int fd = open(p + 4, O_RDONLY);
if (fd < 0)
{
perror("open err");
return;
}
// 循环读文件
while (1)
{
s = read(fd, buf, sizeof(buf) - 1);
buf[s] = '\0';
if (s == 0)
{
printf("send end\n");
send(sockfd, "end", sizeof(buf), 0);
break;
}
// 发送给服务器
send(sockfd, buf, sizeof(buf), 0);
memset(buf, 0, sizeof(buf));
}
close(fd);
return;
}
void getfile(int sockfd, char *p)
{
char buf[128] = {0};
int ret;
int fd = open(p + 4, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);
if (fd < 0)
{
perror("open err");
return;
}
// 接受客户端传来的文件内容
while (1)
{
ret = recv(sockfd, buf, sizeof(buf), 0);
if (ret < 0)
{
perror("recv err");
return;
}
else
{
// 写到目标文件里面
if (!strcmp(buf, "end"))
break;
write(fd, buf, strlen(buf));
memset(buf, 0, sizeof(buf));
}
}
close(fd);
return;
}