网络编程之socket、epoll

背景

当TCP客户端同时处理两个输入：标准输入和TCP套接字。我们遇到的问题在阻塞于fgets调用期间，服务器进程会被杀死。服务器TCP虽然正确的给客户TCP发送了一个FIN字节，但是既然客户进程正阻塞于从标准输入读入的过程，它将看不到这个EOF，直到从套接字读时为止。这样的进程需要一种预先告知内核的能力，使得内核一旦发现进程指定的一个或多个I/O条件就绪，它就通知进程。这个能力称为I/O复用。

select

该函数允许进程指示内核等待多个事件中的任何一个发生，并只在有一个或多个事件发生或经历一段指定的时间后才唤醒它。

#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
int select(int maxfdpl,fd_set *readset,fd_set *writeset,fd_set *exceptset,const struct timeval *timeout);
//返回值：若有就绪描述符则为其数目，若超时则为0，若出错则为-1
struct timeval{
long tv_sec;    //seconds
long tv_usec;   //microseconds
};

这个参数有三种可能：

1）永远等待下去：仅在有一个描述符准备好I/O时才返回。NULL

2）等待一段固定的时间：在有一个描述符准备好I/O时返回

3）根本不等待：检查描述符后立即返回，称为轮询。0

中间三个参数readset、writeset、exceptset指定我们要让内核测试读、写和异常条件的描述符。

void FD_ZERO(fd_set *fdset);
void FD_SET(int fd,fd_set *fdset);
void FD_CLR(int fd,fd_set *fdset);
int FD_ISSET(int fd,fd_set *fdset);

三个参数中如果我们对某一个条件不感兴趣，就可以把它设为空指针。如果将三个指针都设为空，此时，这个函数就为一个以微秒为单位的计时器。

maxfdpl参数制动待测试的描述符个数，它的值是待测试的最大描述符加1，因为描述符是从0开始的。

如果没有I/O事件产生，我们的程序就会阻塞在select处。但是依然有个问题，我们从select那里仅仅知道了，有I/O事件发生了，但却并不知道是那几个流（可能有一个，多个，甚至全部），我们只能无差别轮询所有流，找出能读出数据，或者写入数据的流，对他们进行操作。

但是使用select，我们有O(n)的无差别轮询复杂度，同时处理的流越多，没一次无差别轮询时间就越长。

epoll

现在来好好解释epoll了,epoll可以理解为eventpoll，不同于忙轮询和无差别轮询，epoll只会把哪个流发生了怎样的I/O事件通知我们。此时我们对这些流的操作都是有意义的。（复杂度降低到了O(1)）

1.int epoll_create(int size);

使用方法epollfd = epoll_create()，创建一个epoll的句柄，size用来告诉内核这个监听的数目一共有多大。这个参数不同于select()中的第一个参数，给出最大监听的fd+1的值。需要注意的是，当创建好epoll句柄后，它就是会占用一个fd值，在linux下如果查看/proc/进程id/fd/，是能够看到这个fd的，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。

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

epoll的事件注册函数，它不同与select()是在监听事件时告诉内核要监听什么类型的事件，而是在这里先注册要监听的事件类型。第一个参数是epoll_create()的返回值，第二个参数表示动作，用三个宏来表示：

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；

第三个参数是需要监听的fd，第四个参数是告诉内核需要监听什么事，struct epoll_event结构如下：

typedef union epoll_data {
void *ptr;
int fd;
__uint32_t u32;
__uint64_t u64;
} epoll_data_t;

struct epoll_event {
__uint32_t events; /* Epoll events */
epoll_data_t data; /* User data variable */
};

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，如果还需要继续监听这个socket的话，需要再次把这个socket加入到EPOLL队列里

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

等待事件的产生，类似于select()调用。参数events用来从内核得到事件的集合，maxevents告之内核这个events有多大，这个 maxevents的值不能大于创建epoll_create()时的size，参数timeout是超时时间（毫秒，0会立即返回，-1将不确定，也有说法说是永久阻塞）。该函数返回需要处理的事件数目，如返回0表示已超时。

while(TRUE){
fds = epoll_wait()
for(i = 0; i < fds; i++){
//do something
}
}

4、关于ET、LT两种工作模式：

可以得出这样的结论:

ET模式仅当状态发生变化的时候才获得通知,这里所谓的状态的变化并不包括缓冲区中还有未处理的数据,也就是说,如果要采用ET模式,需要一直read/write直到出错为止,很多人反映为什么采用ET模式只接收了一部分数据就再也得不到通知了,大多因为这样;而LT模式是只要有数据没有处理就会一直通知下去的.

LT(level triggered)是缺省的工作方式，并且同时支持block和no-block socket.在这种做法中，内核告诉你一个文件描述符是否就绪了，然后你可以对这个就绪的fd进行IO操作。如果你不作任何操作，内核还是会继续通知你的，所以，这种模式编程出错误可能性要小一点。传统的select/poll都是这种模型的代表．

ET (edge-triggered)是高速工作方式，只支持no-block socket。如果一直不对这个fd作IO操作(从而导致它再次变成未就绪)，内核不会发送更多的通知(only once),epoll用的这种模型

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