Linux网络编程（六）-高并发服务器03-I/O多路复用03：epoll反应堆【对epoll的封装】【epoll使用C++封装回调函数】

ゝ一纸荒年。 2023-09-26 11:10 86阅读 0赞

epoll还有一种更高级的使用方法，那就是借鉴封装的思想，简单的说就是当某个事情发生了，自动的去处理这个事情。

这样的思想对我们的编码来说就是设置回调，将文件描述符，对应的事件，和事件产生时的处理函数封装到一起，这样当某个文件描述符的事件发生了，回调函数会自动被触发，这就是所谓的**反应堆思想**。

从我们之前对epoll的使用上如何去支持反应堆呢？需要重新再认识一下struct epoll\_event中的epoll\_data\_t结构体:

typedef union epoll_data {
       void        *ptr;
       int          fd;
       uint32_t     u32;
       uint64_t     u64;
    } epoll_data_t;

我们之前使用的是共用体上的**fd**域，如果是要实现封装思想，光有fd是不够的，所以转换思路，看第一个域**ptr**，是一个泛型指针，指针可以指向一块内存区域，这块区域可以代表一个结构体，既然是结构体，那么我们就可以自定义了，将我们非常需要的文件描述符，事件类型，回调函数都封装在结构体上(我们在信号一章就见识过struct sigaction上有掩码和回调函数等信息)，这样当我们要监控的文件描述符对应的事件发生之后，我们去调用回调函数就可以了，这样就可以将文件描述符对应事件的处理代码梳理的非常清晰。

## 一、反应堆【简单版】 ##

//反应堆简单版
    #include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <fcntl.h>
    #include <string.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    #include <sys/socket.h>
    #include <arpa/inet.h>
    #include <sys/epoll.h>
    #include "wrap.h"
    
    #define _BUF_LEN_  1024
    #define _EVENT_SIZE_ 1024
    
    //全局epoll树的根
    int gepfd = 0;
    
    //事件驱动结构体
    typedef struct xx_event{
        int fd;
        int events;
        void (*call_back)(int fd,int events,void *arg);
        void *arg;
        char buf[1024];
        int buflen;
        int epfd;
    }xevent;
    
    xevent myevents[_EVENT_SIZE_+1];
    
    void readData(int fd,int events,void *arg);
    
    //添加事件
    //eventadd(lfd,EPOLLIN,initAccept,&myevents[_EVENT_SIZE_-1],&myevents[_EVENT_SIZE_-1]);
    void eventadd(int fd,int events,void (*call_back)(int ,int ,void *),void *arg,xevent *ev)
    {
        ev->fd = fd;
        ev->events = events;
        //ev->arg = arg;//代表结构体自己,可以通过arg得到结构体的所有信息
        ev->call_back = call_back;
    
        struct epoll_event epv;
        epv.events = events;
        epv.data.ptr = ev;//核心思想
        epoll_ctl(gepfd,EPOLL_CTL_ADD,fd,&epv);//上树
    }
    
    //修改事件
    //eventset(fd,EPOLLOUT,senddata,arg,ev);
    void eventset(int fd,int events,void (*call_back)(int ,int ,void *),void *arg,xevent *ev)
    {
        ev->fd = fd;
        ev->events = events;
        //ev->arg = arg;
        ev->call_back = call_back;
    
        struct epoll_event epv;
        epv.events = events;
        epv.data.ptr = ev;
        epoll_ctl(gepfd,EPOLL_CTL_MOD,fd,&epv);//修改
    }
    
    //删除事件
    void eventdel(xevent *ev,int fd,int events)
    {
    	printf("begin call %s\n",__FUNCTION__);
    
        ev->fd = 0;
        ev->events = 0;
        ev->call_back = NULL;
        memset(ev->buf,0x00,sizeof(ev->buf));
        ev->buflen = 0;
    
        struct epoll_event epv;
        epv.data.ptr = NULL;
        epv.events = events;
        epoll_ctl(gepfd,EPOLL_CTL_DEL,fd,&epv);//下树
    }
    
    //发送数据
    void senddata(int fd,int events,void *arg)
    {
        printf("begin call %s\n",__FUNCTION__);
    
        xevent *ev = arg;
        Write(fd,ev->buf,ev->buflen);
        eventset(fd,EPOLLIN,readData,arg,ev);
    }
    
    //读数据
    void readData(int fd,int events,void *arg)
    {
        printf("begin call %s\n",__FUNCTION__);
        xevent *ev = arg;
    
        ev->buflen = Read(fd,ev->buf,sizeof(ev->buf));
        if(ev->buflen>0) //读到数据
    	{	
    		//void eventset(int fd,int events,void (*call_back)(int ,int ,void *),void *arg,xevent *ev)
            eventset(fd,EPOLLOUT,senddata,arg,ev);
    
        }
    	else if(ev->buflen==0) //对方关闭连接
    	{
            Close(fd);
            eventdel(ev,fd,EPOLLIN);
        }
    
    }
    //新连接处理
    void initAccept(int fd,int events,void *arg)
    {
        printf("begin call %s,gepfd =%d\n",__FUNCTION__,gepfd);//__FUNCTION__ 函数名
    
        int i;
        struct sockaddr_in addr;
        socklen_t len = sizeof(addr);
        int cfd = Accept(fd,(struct sockaddr*)&addr,&len);//是否会阻塞？
    	
    	//查找myevents数组中可用的位置
        for(i = 0 ; i < _EVENT_SIZE_; i ++)
    	{
            if(myevents[i].fd==0)
    		{
                break;
            }
        }
    
        //设置读事件
        eventadd(cfd,EPOLLIN,readData,&myevents[i],&myevents[i]);
    }
    
    int main(int argc,char *argv[])
    {
    	//创建socket
        int lfd = Socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
        //端口复用
        int opt = 1;
        setsockopt(lfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&opt,sizeof(opt));
    
    	//绑定
        struct sockaddr_in servaddr;
        servaddr.sin_family = AF_INET;
        servaddr.sin_port = htons(8888);
        servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
        Bind(lfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));
        
    	//监听
        Listen(lfd,128);
    
    	//创建epoll树根节点
        gepfd = epoll_create(1024);
        printf("gepfd === %d\n",gepfd);
    
        struct epoll_event events[1024];
    
        //添加最初始事件，将侦听的描述符上树
        eventadd(lfd,EPOLLIN,initAccept,&myevents[_EVENT_SIZE_],&myevents[_EVENT_SIZE_]);
        //void eventadd(int fd,int events,void (*call_back)(int ,int ,void *),void *arg,xevent *ev)
    
        while(1)
    	{
            int nready = epoll_wait(gepfd,events,1024,-1);
    		if(nready<0) //调用epoll_wait失败
    		{
    			perr_exit("epoll_wait error");
    			
    		}
            else if(nready>0) //调用epoll_wait成功,返回有事件发生的文件描述符的个数
    		{
                int i = 0;
                for(i=0;i<nready; i++)
    			{
                    xevent *xe = events[i].data.ptr;//取ptr指向结构体地址
                    printf("fd=%d\n",xe->fd);
    
                    if(xe->events & events[i].events)
    				{
                        xe->call_back(xe->fd,xe->events,xe);//调用事件对应的回调
                    }
                }
            }
        }
    
    	//关闭监听文件描述符
    	Close(lfd);
    
        return 0;
    }

## 二、反应堆【复杂版】 ##

![9ace552077114c48bcb4f3f0d30adc07.png][]

/*
     * 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+1];                    //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 = 0;
        ev->arg = arg;
        ev->status = 0;
        //memset(ev->buf, 0, sizeof(ev->buf));
        //ev->len = 0;
        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 = {0, {0}};
        int op;
        epv.data.ptr = ev;
        epv.events = ev->events = events;       //EPOLLIN 或 EPOLLOUT
    
        if (ev->status == 1) {                                          //已经在红黑树 g_efd 里
            op = EPOLL_CTL_MOD;                                         //
        } else {                                //不在红黑树里修改其属性
            op = EPOLL_CTL_ADD;                 //将其加入红黑树 g_efd, 并将status置1
            ev->status = 1;
        }
    
        if (epoll_ctl(efd, op, ev->fd, &epv) < 0)                       //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 = {0, {0}};
    
        if (ev->status != 1)                                        //不在红黑树上
            return ;
    
        epv.data.ptr = ev;
        ev->status = 0;                                             //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 */
    // 回调函数 - 监听的文件描述符发送读事件时被调用
    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)) == -1) {
            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 = 0; i < MAX_EVENTS; i++)                                //从全局数组g_events中找一个空闲元素
                if (g_events[i].status == 0)                                //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 = 0;
            if ((flag = fcntl(cfd, F_SETFL, O_NONBLOCK)) < 0) {             //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(0);
    
        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 ;
    }
    
    // 回调函数 - 通信的文件描述符发生读事件时候被调用
    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), 0);            //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 > 0) {
    
            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 == 0) {
            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;
    }
    
    // 回调函数 - 通信的文件描述符发生写事件时候被调用
    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, 0);                    //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);
        */
    
        if (len > 0) {
    
            printf("send[fd=%d], [%d]%s\n", fd, len, ev->buf);
            eventdel(g_efd, ev);                                //从红黑树g_efd中移除
            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
            eventdel(g_efd, ev);                                //从红黑树g_efd中移除
            printf("send[fd=%d] error %s\n", fd, strerror(errno));
        }
    
        return ;
    }
    
    /*创建 socket, 初始化lfd */
    
    void initlistensocket(int efd, short port)
    {
        int lfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
        fcntl(lfd, F_SETFL, O_NONBLOCK);                                            //将socket设为非阻塞
    
        /* 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]);
    
        struct sockaddr_in sin;
    	memset(&sin, 0, 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, 20);
    
        return ;
    }
    
    int main(int argc, char *argv[])
    {
        unsigned short port = SERV_PORT;
    
        if (argc == 2)
            port = atoi(argv[1]);                           //使用用户指定端口.如未指定,用默认端口
    
        g_efd = epoll_create(MAX_EVENTS+1);                 //创建红黑树,返回给全局 g_efd 
        if (g_efd <= 0)
            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+1];            //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 = 0, i;
        while (1) {
            /* 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 = 0; i < 100; i++, checkpos++) {         //一次循环检测100个。 使用checkpos控制检测对象
                if (checkpos == MAX_EVENTS)
                    checkpos = 0;
                if (g_events[checkpos].status != 1)         //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 >= 60) {
                    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+1, 1000);
            if (nfd < 0) {
                printf("epoll_wait error, exit\n");
                break;
            }
    
            for (i = 0; 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 0;
    }

[9ace552077114c48bcb4f3f0d30adc07.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/9ace552077114c48bcb4f3f0d30adc07.png