TCP服务器 IO多路复用的实现：select、poll、epoll
一、多线程并发和IO多路复用(select、poll、epoll)二、代码部分三、补充1.tcp三次握手的时刻2.epoll_create()3.EPOLLOUT触发条件一、多线程并发和IO多路复用(select、poll、epoll)
一请求一线程是通过多线程实现的，而selet,poll,epoll是通过io多路复用
一请求一线程
简单，但线程个数有限，C10K （1W个线程）
select 复杂度O(1)
1.select,1024fd，多做几次select，可以突破C10K（1W个线程），但是往上走没法突破C1000K (100W个线程)
2.首先要把cpu中的rset全部拷贝出来，然后在select里面选，虽然只有几个nready，但是要把所有的rset拷贝出来，所以select具有O(n)的无差别轮询复杂度
poll 复杂度O(n)
和select基本上没有差别，但是它比select方便，只是不需要定义读、写、检查差错，三样东西了，全部包含在一起。它没有最大连接数的限制，原因是它是基于链表来存储的.
epoll 复杂度O(n)
不同于忙轮询和无差别轮询，epoll会把哪个流发生了怎样的I/O事件通知我们。所以我们说epoll实际上是事件驱动（每个事件关联上fd）的，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)）
select、poll、epoll之间的区别
二、代码部分
#include <errno.h>#include <netinet/in.h>#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <sys/socket.h>#include <sys/types.h>#include <unistd.h>#include <sys/poll.h>#include <sys/epoll.h>#include <pthread.h>#define MAXLNE 4096#define POLL_SIZE1024//8m * 4G = 128 , 512//C10kvoid *client_routine(void *arg) {//int connfd = *(int *)arg;char buff[MAXLNE];while (1) {int n = recv(connfd, buff, MAXLNE, 0);if (n > 0) {buff[n] = '\0';printf("recv msg from client: %s\n", buff);send(connfd, buff, n, 0);//服务器向客户端的应答} else if (n == 0) {close(connfd);break;}}return NULL;}int main(int argc, char **argv) {int listenfd, connfd, n;struct sockaddr_in servaddr;char buff[MAXLNE];if ((listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {printf("create socket error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno), errno);return 0;}memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));servaddr.sin_family = AF_INET;servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);servaddr.sin_port = htons(9999);if (bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) == -1) {printf("bind socket error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno), errno);return 0;}if (listen(listenfd, 10) == -1) {printf("listen socket error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno), errno);return 0;}#if 0struct sockaddr_in client;socklen_t len = sizeof(client);if ((connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&client, &len)) == -1) {printf("accept socket error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno), errno);return 0;}printf("========waiting for client's request========\n");while (1) {n = recv(connfd, buff, MAXLNE, 0);if (n > 0) {buff[n] = '\0';printf("recv msg from client: %s\n", buff);send(connfd, buff, n, 0);} else if (n == 0) {close(connfd);}//close(connfd);}#elif 0//这种情况：每个客户端连接后只能发送一次消息//accept如果没有连接会阻塞(TCP三次握手发生在listen后,accept前),recv没有接受也会阻塞//因此想要发送第二条消息的时候，就会被阻塞到accept了printf("========waiting for client's request========\n");while (1) {struct sockaddr_in client;socklen_t len = sizeof(client);if ((connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&client, &len)) == -1) {printf("accept socket error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno), errno);return 0;}n = recv(connfd, buff, MAXLNE, 0);if (n > 0) {buff[n] = '\0';printf("recv msg from client: %s\n", buff);send(connfd, buff, n, 0);} else if (n == 0) {close(connfd);}//close(connfd);}#elif 0// 一请求一线程//通过多线程的方式，在client_routine里面放一个while(1)循环，使得可以反复recv,从而解决上面的问题（客服端只能发送出一条数据）//这种方式的 优点： 简单 缺点：线程个数有限,导致可以接入的客户端个数有限while (1) {struct sockaddr_in client;socklen_t len = sizeof(client);if ((connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&client, &len)) == -1) {printf("accept socket error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno), errno);return 0;}pthread_t threadid;pthread_create(&threadid, NULL, client_routine, (void*)&connfd);}#elif 0// select 选有事件可以处理的io,利用select解决了 上述用一请求一线程，用多个线程去处理的问题fd_set rfds, rset, wfds, wset;//fd_set通过bitset，将其比特位置为1表明有数据,0表示没数据FD_ZERO(&rfds);FD_SET(listenfd, &rfds);//将listenfd加入set集合FD_ZERO(&wfds);int max_fd = listenfd;//在select的时候是通过遍历bitmap(集合)去找到的,因此把listenfd作为最大的索引，因此最大个数要为listenfd+1(刚开始的时候只有0、1、2（标准输入、输出、错误）和listenfd=3)，因此初始化最大值 为listenfd+1)while (1) {rset = rfds;wset = wfds;int nready = select(max_fd+1, &rset, &wset, NULL, NULL);//select的做法就是将fd接受到的数据，传入集合中(rset,wset),后续只需要处理，rset，wset就行。最后一个参数timeout：如果设置为NULL(0),并且没有可读的数据，会一直阻塞；如果设置>0,那么经过该时间，阻塞就会停止，向下继续运行if (FD_ISSET(listenfd, &rset)) {//如果有新的客户端连接,rset中有存在listenfd接受到数据的标志(连接)struct sockaddr_in client;socklen_t len = sizeof(client);if ((connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&client, &len)) == -1) {printf("accept socket error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno), errno);return 0;}FD_SET(connfd, &rfds);if (connfd > max_fd) max_fd = connfd;//动态扩容if (--nready == 0) continue;//如果只有listenfd(只有新客户端连接，但没有接收到其他客户端数据),就不执行下面内容了}int i = 0;for (i = listenfd+1;i <= max_fd;i ++) {//fd是依次增加的,fd=0,1,2是确定好的（标注输入，输出，错误值），listenfd=3，后续的connfd都是在4、5、6...依次增加的。如果connfd为8了，但connfd=4回收了，那么下一个就从4开始if (FD_ISSET(i, &rset)) {// 读操作n = recv(i, buff, MAXLNE, 0);if (n > 0) {buff[n] = '\0';printf("recv msg from client: %s\n", buff);FD_SET(i, &wfds); // 接收到数据后，就赋予客户端 读操作，也就是服务端的 写操作wfds。 但并不会在此轮进行FD_ISSET(i, &wset),而是在下一轮select后，进入FD_ISSET(i, &wset)//reactor//send(i, buff, n, 0);} else if (n == 0) {//如果断开连接(rset有客户端断开的信息的标志)FD_CLR(i, &rfds); // 如果不关闭会导致一直进入(n==0这个情况,一致打印disconnect。因为下面有close(i),所以这行即使不加也不会循环打印，但最好要加)// printf("disconnect\n");close(i);}if (--nready == 0) break;} else if (FD_ISSET(i, &wset)) {send(i, buff, n, 0);//为什么send要发送一堆16进制内容??FD_SET(i, &rfds);//设置读操作}}}#elif 0struct pollfd fds[POLL_SIZE] = {0};fds[0].fd = listenfd;//当然也可以写成fds[listenfd]=listenfd;fds[0].events = POLLIN;int max_fd = listenfd;int i = 0;for (i = 1;i < POLL_SIZE;i ++) {fds[i].fd = -1;}while (1) {int nready = poll(fds, max_fd+1, -1);if (fds[0].revents & POLLIN) {struct sockaddr_in client;socklen_t len = sizeof(client);if ((connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&client, &len)) == -1) {printf("accept socket error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno), errno);return 0;}printf("accept \n");fds[connfd].fd = connfd;fds[connfd].events = POLLIN;if (connfd > max_fd) max_fd = connfd;if (--nready == 0) continue;}//int i = 0;for (i = listenfd+1;i <= max_fd;i ++) {if (fds[i].revents & POLLIN) {n = recv(i, buff, MAXLNE, 0);if (n > 0) {buff[n] = '\0';printf("recv msg from client: %s\n", buff);send(i, buff, n, 0);} else if (n == 0) {//fds[i].fd = -1;close(i);}if (--nready == 0) break;}}}#else//poll/select --> // epoll_create // epoll_ctl(ADD, DEL, MOD)// epoll_waitint epfd = epoll_create(1); //int sizestruct epoll_event events[POLL_SIZE] = {0};//epfd可以理解为一个快递员，而events可以理解为快递员的盒子,POLL_SIZE可以理解为盒子大小，不用担心POLL_SIZE设置的小，无非是快递员多跑几趟struct epoll_event ev;ev.events = EPOLLIN;ev.data.fd = listenfd;epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, listenfd, &ev);while (1) {int nready = epoll_wait(epfd, events, POLL_SIZE, 5);if (nready == -1) {//设置一个大于0的timeout，如果没有接收到任何信息，就会返回-1continue;}int i = 0;for (i = 0;i < nready;i ++) {int clientfd = events[i].data.fd;if (clientfd == listenfd) {struct sockaddr_in client;socklen_t len = sizeof(client);if ((connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&client, &len)) == -1) {printf("accept socket error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno), errno);return 0;}printf("accept\n");ev.events = EPOLLIN;ev.data.fd = connfd;epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, connfd, &ev);} else if (events[i].events & EPOLLIN) {n = recv(clientfd, buff, MAXLNE, 0);if (n > 0) {buff[n] = '\0';printf("recv msg from client: %s\n", buff);send(clientfd, buff, n, 0);//非标准写法} else if (n == 0) {//ev.events = EPOLLIN;ev.data.fd = clientfd;epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, clientfd, &ev);close(clientfd);}}}}#endifclose(listenfd);return 0;}
三、补充
1.tcp三次握手的时刻
可以把listenfd理解成 迎宾的人
把clientfd理解成 服务员
tcp三次握手发生在listen后
accpet前，accpet只是在三次握手后取出一个clientfd
2.epoll_create()
int epfd = epoll_create(1); 只要传一个大于0的参数就行了。早期是一个固定大小，但是现在是以链表实现的，没有上限，这么做的目的是为了代码兼容
3.EPOLLOUT触发条件
把EPOLLIN理解为可读（当管道内为空是，不可读）
把EPOLLOUT理解为可写（当管道满时候，不可写）
