服务器连接多客户端

一、epoll 核心函数详解

1. epoll_create/epoll_create1 - 创建 epoll 实例

c

#include <sys/epoll.h>
int epoll_create(int size); // Linux 2.6.8前需指定size（>=1），后续版本可忽略
int epoll_create1(int flags); // 推荐使用，支持flags参数

• 功能：创建一个 epoll 实例，返回文件描述符（epfd），用于管理监视的文件描述符。
• 参数：
  • size：旧版本需指定预分配大小（无实际作用，可设为 1）。
  • flags：
    • 0：与epoll_create功能相同。
    • EPOLL_CLOEXEC：使 epfd 在进程 fork 时自动关闭。
• 返回值：成功返回 epfd（非负整数），失败返回-1并置errno。
• 示例：

  c

  int epfd = epoll_create1(EPOLL_CLOEXEC); // 创建带自动关闭功能的epoll实例
  

2. epoll_ctl - 管理监视列表

c

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

• 功能：向 epoll 实例中添加、修改或删除监视的文件描述符及其事件。
• 参数：
  • epfd：epoll 实例的文件描述符。
  • op：操作类型：
    • EPOLL_CTL_ADD：添加文件描述符fd到监视列表。
    • EPOLL_CTL_MOD：修改fd关联的事件。
    • EPOLL_CTL_DEL：从监视列表删除fd（event参数可置NULL）。
  • fd：需操作的文件描述符（如套接字）。
  • event：指向epoll_event结构体的指针，包含监视事件和用户数据：

    c

    struct epoll_event {
        uint32_t events;       // 监视事件（如EPOLLIN、EPOLLOUT、EPOLLET）
        epoll_data_t data;     // 用户数据（如fd、指针等）
    };
    typedef union epoll_data {
        void        *ptr;      // 自定义指针
        int          fd;       // 监视的文件描述符
        uint32_t     u32;      // 32位整数
        uint64_t     u64;      // 64位整数
    } epoll_data_t;
    

• 返回值：成功返回0，失败返回-1并置errno。
• 示例：

  c

  struct epoll_event event;
  event.events = EPOLLIN | EPOLLET; // 边缘触发模式 + 读事件
  event.data.fd = sockfd;
  epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, sockfd, &event); // 添加套接字到监视列表
  

3. epoll_wait - 等待事件触发

c

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

• 功能：阻塞等待 epoll 实例中监视的文件描述符触发事件，返回激活的事件列表。
• 参数：
  • epfd：epoll 实例的文件描述符。
  • events：用于存储激活事件的结构体数组。
  • maxevents：events数组的最大长度（需小于等于创建时的预分配值）。
  • timeout：超时时间（ms）：
    • -1：永久阻塞，直到事件触发。
    • 0：非阻塞，立即返回。
    • >0：超时时间，到期后返回。
• 返回值：
  • >0：激活的事件数量（events中有效元素个数）。
  • 0：超时且无事件触发。
  • -1：失败并置errno。
• 示例：

  c

  struct epoll_event events[1024];
  int n = epoll_wait(epfd, events, sizeof(events)/sizeof(events[0]), -1); // 永久阻塞等待事件
  for (int i = 0; i < n; i++) {
      int fd = events[i].data.fd;
      // 处理事件...
  }
  

二、epoll 工作原理

1. 数据结构：
   • 监视列表：使用红黑树存储所有监视的文件描述符，支持快速增删改查（时间复杂度 O (logN)）。
   • 激活列表：使用链表或动态数组存储当前触发事件的文件描述符，避免遍历整个红黑树。
2. 事件触发流程：
   1. 通过epoll_ctl将文件描述符添加到红黑树（监视列表）。
   2. 内核监听文件描述符状态，当事件（如可读、可写）发生时，将其加入激活列表。
   3. epoll_wait返回激活列表中的事件，用户空间处理后，激活列表清空。

三、LT（水平触发）与 ET（边缘触发）模式对比

• 示例配置：

  c

  // LT模式（默认，无需指定EPOLLET）
  event.events = EPOLLIN; 
  
  // ET模式（需显式指定EPOLLET）
  event.events = EPOLLIN | EPOLLET; 
  

四、select/poll/epoll 对比（面试重点）

五、epoll 服务器示例代码关键点（C 语言）

c

// 1. 创建epoll实例并设置监听套接字为非阻塞
int epfd = epoll_create1(EPOLL_CLOEXEC);
set_nonblocking(listen_fd); // 自定义函数，通过fcntl设置O_NONBLOCK

// 2. 注册监听套接字到epoll（ET模式）
struct epoll_event event = {
    .events = EPOLLIN | EPOLLET,
    .data = {.fd = listen_fd}
};
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, listen_fd, &event);

// 3. 处理新连接（ET模式下需循环accept直到EAGAIN）
if (fd == listen_fd) {
    while (1) {
        int connfd = accept(listen_fd, &cliaddr, &addrlen);
        if (connfd == -1) {
            if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK) break; // 无新连接
            perror("accept");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
        set_nonblocking(connfd); // 客户端套接字也需设为非阻塞
        epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, connfd, &event); // 注册读事件（ET模式）
    }
}

// 4. 处理读事件（ET模式下需循环recv直到EAGAIN）
else {
    char buf[BUFFER_SIZE];
    while (1) {
        ssize_t n = recv(fd, buf, sizeof(buf), 0);
        if (n == -1) {
            if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK) break; // 数据读完
            perror("recv");
            close(fd);
            epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, fd, NULL);
            break;
        } else if (n == 0) { // 客户端关闭连接
            close(fd);
            epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, fd, NULL);
            break;
        }
        // 处理数据...
    }
}

六、总结

• epoll 优势：
  • 高并发：基于红黑树和激活列表，适合管理上万级连接。
  • 高性能：事件通知复杂度 O (1)，减少 CPU 消耗。
  • 灵活性：支持 LT/ET 模式，适配不同场景。
• 使用建议：
  • 高并发服务器首选 epoll，配合 ET 模式和非阻塞 I/O。
  • 简单场景或跨平台需求使用 select/poll。
  • 注意设置文件描述符非阻塞，避免 ET 模式下的数据丢失。