I/O复用(三)---epoll机制

epoll实现机制分析：

epoll是Linux特有的I/O复用函数。它在实现和使用上与select和poll有很大的差异。首先，epoll使用一组函数来完成任务，而不是单个的函数。其次，epoll把用户关心的文件描述符上的事件放在内核的一个时间表中，从而无需像select和epoll那样每次调用都要重复传入文件描述符和集或事件集。但epoll需要使用一个额外的文件描述符，来唯一标识内核中的这个事件表。而这个文件描述符使用epoll_create函数来创建。

size参数现在并不起作用，只是给内核一个提示。告诉它时间表需要多大。该函数返回的文件描述符将用作其他所有epoll系统调用的第一个参数，以指定要访问的内核事件表。

     实质：epoll_create函数的返回值为epfd，每个epfd在内核中有一个对应的eventpoll结构体对象。其中关键的成员是一个就绪队列和一颗红黑树。一个fd被添加到epoll中之后，系统就会为它生成一个对应的epitem结构对象。epitem被添加到eventpoll的红黑树中。红黑树的作用是使用者调用EPOLL_CTL_MOD、EPOLL_CTL_ADD或EPOLL_CTL_DEL的时候可以迅速找到对应的就绪事件。

epoll_ctl:

epfd参数是要操作的文件描述符，op参数则指定操作类型。event参数指定事件，它是epoll_event结构体指针类型。epoll_event的定义如下：

epoll_event中的events成员描述事件类型。epoll支持的事件类型和poll基本相同。data成员用于存储用户数据。

epoll_data是一个联合体，其4个成员中使用最多的是fd和ptr。但他们不能同时使用。epoll_ctl成功时返回0，失败时返回-1并设置errno。

epitem重新添加到readylist(就绪队列)必须满足下列条件。

1.epitem上有用户关注的事件触发。

2.epitem被设置为水平触发模式(如果一个epitem被设置为边界触发则这个epitem不会被重新添加到readylist中)

epoll_wait：

epoll_wait是epoll系列系统调用的主要接口，它在一段超时时间内等待一组文件描述符上的事件。

该函数成功时返回就绪的文件描述符的个数，失败时返回-1并设置errno。

原理：

epoll_wait函数如果检测到时间，就将所有就绪的事件从内核事件表(由epfd参数指定)中复制到它的第二个参数events指向的数组中。这个数组只用于输出epoll_wait检测到的就绪事件，不想select和poll的参数是输入输出型参数，这样就极大提高了应用程序索引就绪文件描述符的效率。

代码实现：

/*************************************************************************
	> File Name: epoll_server.c
	> Author: ZX
	> Mail: [email protected] 
	> Created Time: Sat 18 Mar 2017 10:21:03 PM PDT
 ************************************************************************/

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<assert.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/epoll.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>

#define _SIZE_ 1024

typedef struct epbuf
{
	int fd;
	char buf[_SIZE_];
}epbuf_t,*epbuf_p,**epbuf_pp;

static epbuf_p alloc_epbuf(int fd)
{
	epbuf_p ptr = (epbuf_p)malloc(sizeof(epbuf_t));
	if(ptr == NULL)
	{
		perror("malloc");
		exit(6);
	}
	ptr->fd = fd;
	printf("ptr->fd:%d\n",fd);
	return ptr;
}
static void delete_epbuf(epbuf_p ptr)
{
	if(ptr != NULL)
	{
		free(ptr);
	}
	ptr = NULL;
}

int startup(const char* _ip, int _port)
{
	assert(_ip);
	int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if(sock < 0)
	{
		perror("sock");
		exit(1);
	}

	int opt = 1;
	setsockopt(sock, SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));

	struct sockaddr_in local;
	local.sin_family = AF_INET;
	local.sin_addr.s_addr = inet_addr(_ip);
	local.sin_port = htons(_port);
	socklen_t len = sizeof(local);

	if(bind(sock, (struct sockaddr*)&local, len) < 0)
	{
		perror("bind");
		exit(2);
	}

	if(listen(sock, 5) < 0)
	{
		perror("listen");
		exit(3);
	}

	return sock;
}

int  main(int argc, char* argv[])
{
	if(argc != 3)
	{
		printf("Usage: %s [local_ip] [local_port]",argv[0]);
		return 4;
	}

	int epfd = epoll_create(256);
	if(epfd < 0)
	{
		perror("epoll_create");
		return 5;
	}
	int listen_sock = startup(argv[1], atoi(argv[2]));

	struct epoll_event _ev;
	_ev.events = EPOLLIN;
	_ev.data.ptr = alloc_epbuf(listen_sock);
//	_ev.data.fd = listen_sock;
	
	epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, listen_sock, &_ev);

	struct epoll_event _evs[32];
	int max = 32;
	int timeout = 2000;
	int nums = 0;
	while(1)
	{
		switch(nums = epoll_wait(epfd, _evs, max, timeout))
		{
			case 0:
				printf("timeout...\n");
				break;
			case -1:
				perror("epoll_wait");
				break;
			default:
				{
					printf("nums: %d\n",nums);
					int i = 0;
					for(; i<nums; i++){
						sleep(1);
						int fd = ((epbuf_p)(_evs[i].data.ptr))->fd;
						printf("after fd: %d\n",fd);
						if(fd == listen_sock && (_evs[i].events & EPOLLIN)){
							struct sockaddr_in peer;
							socklen_t len = sizeof(peer);
							int new_sock = accept(listen_sock, (struct sockaddr*)&peer, &len);
							printf("after accept,new_sock:%d\n",new_sock);
							if(new_sock < 0){
								perror("accept");
								continue;
							}
							else if(new_sock > 0){
								printf("get a new client# port %d\n",ntohs(peer.sin_port));
								_ev.events = EPOLLIN;
								//_ev.data.fd = new_sock;
								_ev.data.ptr = alloc_epbuf(new_sock);
								epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, new_sock, &_ev);
							}
						}//if
						else if(fd != listen_sock && (_evs[i].events & EPOLLIN))
						{
							char* buf = ((epbuf_p)(_evs[i].data.ptr))->buf;
							printf("read  fd: %d\n",fd);
							ssize_t _s = read(fd, buf, _SIZE_-1);
							if(_s > 0){
								//succeed, change file descriptor
								buf[_s] = 0;
								printf("%s\n", buf);
								_ev.events = EPOLLOUT;
								epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_MOD, fd, &_ev);
							}
							else  if(_s == 0){
								printf("client is quit!\n");
								delete_epbuf(_evs[i].data.ptr);
								_evs[i].data.ptr = NULL;
								epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, fd, NULL);
								close(fd);
							}
							else{
								perror("read");
								continue;
							}
	
						}//else if   read file descriptor
						else if(fd != listen_sock && (_evs[i].events & EPOLLOUT))
						{
							printf("write:\n");
							const char* msg = "HTTP/1.0 200 OK \r\n\r\n<html><h1>HELLO WORLD!</h1></html>\n";
							write(fd, msg, strlen(msg));
							delete_epbuf(_evs[i].data.ptr);
							_evs[i].data.ptr = NULL;
							epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, fd, NULL);
							close(fd);
						}//else if   write file descriptor
					}//for
				}
				break;
		}//switch

	}//while
	return 0;
}