poll與epoll

poll

相比於select函數，poll的跨平臺移植性不如select，因爲poll函數只能在linux環境中使用，也是採用輪詢遍歷的方式。

與select函數的不同之處：

poll不會限制文件描述符的個數
文件描述符對應一個事件結構，這個結構中有兩個事件，一個是要監控的文件描述符，另一個是這個文件描述符所對應的事件

函數接口

#include <poll.h>

int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);

fds：事件結構數組
nfds：fds數組中有效的元素個數
timeout：超時時間

struct pollfd 結構體

struct pollfd      
  {      
    int fd;         /* File descriptor to poll.  */      
    short int events;       /* Types of events poller cares about.  */      
    short int revents;      /* Types of events that actually occurred.  */      
  };

其中：

fd：該結構體所關心的文件描述符數值
events：所關心這個文件描述符的那些事件，事件與事件之間採用按位或的方式連接
revents：當關心的文件描述符產生對應的關心的事件時，返回給調用者發生的事件（每次監控的時候，就會被初始化爲空）

events 和 revents的取值：

事件	描述	是否可以作爲輸入	是否可以作爲輸出
POLLIN	普通或優先級帶數據可讀	是	是
POLLRDNORM	普通數據可讀	是	是
POLLRDBAND	優先級帶數據可讀（linux不支持）	是	是
POLLPRI	高優先級數據可讀，比如TCP帶外數據	是	是
POLLOUT	數據可寫（普通數據和優先數據）	是	是
POLLWRNORM	普通數據可寫	是	是
POLLWRBAND	優先級帶數據可寫	是	是
POLLERR	發生錯誤	否	是
POLLHUP	發生掛起，管道的寫端關閉後，讀端描述符將受到POLLHUP事件	否	是
POLLNVAL	描述字不是一個打開的文件	否	是

編程實例

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <unistd.h>
#include <poll.h>

using namespace std;

int main()
{
	//創建一個struct pollfd結構體，關心0號文件描述符，標準輸入
	//監視可讀事件
    struct pollfd poll_fd;
    poll_fd.fd = 0;
    poll_fd.events = POLLIN;
	
	//輪詢遍歷
    while(1)
    {
        int ret = poll(&poll_fd,1,1000);
        if(ret < 0)//poll出錯
        {
            perror("poll");
            sleep(3);
            continue;
        }
        else if(ret == 0)//監控超時
        {
            cout<<"poll timeout"<<endl;
            continue;
        }
        else if(poll_fd.revents == POLLIN)//當發送的事件時可讀事件時
        {
			//讀取數據
            char buf[1024] = {'\0'};
            read(0,buf,sizeof(buf) - 1);
            cout<<"input : "<<buf<<endl;
        }
    }

    return 0;
}

如果我們一次所傳入的數據超過了一次可以接受的數據大小時，就會別分批進行接收

poll 的優缺點：
優點：

poll採用了事件結構的方式，簡化了程序，並且他不限制文件描述符的個數
不需要我們重新添加文件描述符到事件的結構數組當中

缺點：

poll也是需要輪詢遍歷事件結構數組，那麼當文件描述符增多的時候，性能可能不會那麼好了
poll不支持跨平臺操作
poll不會告訴我們哪一個文件描述符就緒了，想要找到這個就緒的文件描述符，就需要我們進行遍歷操作
poll在操作的過程中，也是需要時間將結構數組從用戶空間拷貝到內核空間中，再將內核空間拷貝到用戶空間

epoll

在man手冊中，對於epoll的描述是：

The  epoll API performs a similar task to poll(2): monitoring multiple file descriptors to see if
       I/O is possible on any of them.

也就是：

epoll API執行與poll(2)類似的任務:監視多個文件描述符，看看是否存在
I/O是可能的任何一個

epoll是爲了處理大量的文件描述符而改進的poll函數

函數接口

創建epoll操作句柄：

#include <sys/epoll.h>

int epoll_create(int size);

size：定義的是epoll中最大可以監控的文件描述符個數，但是在linux2.6.8之後，size參數是被忽略的，變成了可以擴容的方式。（size 不可以傳入一個負數）

在使用完之後，必須使用close函數進行關閉

epoll 的操作：

#include <sys/epoll.h>

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

epfd：之前使用epoll_create函數返回的epoll操作句柄
op：想讓epoll_stl函數所做的哪些事

fd：告訴epoll函數，我們所關心的文件描述符
event：他是一個struct epoll_event類型的結構體，表示的是epoll事件的結構

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 */    
} __EPOLL_PACKED;

struct epoll_event ：

第一個參數：uint32_t events，是我們想讓文件描述符關心的事件集合
其中，EPOLLIN，是可讀事件；EPOLLOUT，是可寫事件
第二個參數 epoll_data_t data，他是一個epoll_data類型的聯合結構體

typedef union epoll_data ：

void* ptr：這裏可以傳遞的信息，就是當epoll監控的文件描述符就緒的時候，等到函數返回，我們可以通過ptr拿到這些信息；其在使用的時候，傳入一個結構體，（自定義結構體）struct my_epoll_data{int fd}，必須在結構體中包含文件描述符
int fd：我們所關心的文件描述符，可以當做文件描述符中的事件就緒之後，返回給我們時查看；其取值爲文件描述符的數值
ptr和fd，兩者在使用的時候，只能選其中的一個。

監控：

 #include <sys/epoll.h>

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

epfd：epoll操作句柄
events：epoll事件結構數組。作爲出參，他返回的是就緒的事件結構（每一個事件結構都對應一個文件描述符）
maxevents：最大可以拷貝的事件結構數量
timeout：超時時間

epoll 的工作原理：

當某一進程調用epoll_create方法的時候，linux內核會創建一個eventpoll結構體，這個結構體中有兩個成員與epoll使用方式相關，分別是紅黑樹和雙向鏈表
那些沒有就緒的事件，用於存放通過epoll_ctl方法向epoll對象中添加進來的事件，都會被掛載在紅黑樹中（這樣就可以識別出重複的事件，並且還讓查找效率提高）
當紅黑樹中某個事件就緒後，就會被拷貝到雙向鏈表中（這是一個內核行爲）。所以說，雙向鏈表中的數據都是就緒的
當調用epoll_wait函數的時候，雙向鏈表向參數中進行拷貝的方式，是通過改變頁表，直接指向物理內存中的雙向鏈表中就緒事件所佔用的物理內存

epoll的兩種工作方式

水平觸發 LT模式

在這種模式下，當epoll中檢測到了等待觸發的事件就緒後，可以不立即進行處理，而是隻處理一部分。等到第二次調用epoll_wait函數的時候，可以接着操作剛纔沒有處理完的數據。他支持阻塞讀寫與非阻塞讀寫

這是epoll函數的默認工作方式，另外select 和 poll都是水平觸發

對於可讀事件，只要接收緩衝區中的存在數據，就會一直觸發該接收該可讀事件，直到沒有數據可讀
對於可寫事件，只要發送緩衝區中存在數據，就會一直觸發該可寫事件就緒，直到發送緩衝區中沒有數據

函數模擬

/*================================================================
*   Copyright (C) 2020 Sangfor Ltd. All rights reserved.
*   
*   文件名稱：test.cpp
*   創 建 者：dcl
*   創建日期：2020年06月20日
*   描    述：
*
================================================================*/

#include <unistd.h>
#include <cstdio>
#include <sys/epoll.h>
#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    int epollfd = epoll_create(10);
    if(epollfd < 0)
    {
        perror("epoll_create");
        return 0;
    }

    struct epoll_event ev;
    ev.events = EPOLLIN;//可讀事件
    ev.data.fd = 0;
    //int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
    //添加一個文件描述符到紅黑樹中
    int ret = epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_ADD,0,&ev);
    if(ret < 0)
    {
        perror("epoll_ctl");
        return 0;
    }

    while(1)
    {
        struct epoll_event fd_arr[10];
        //int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events,
        //                      int maxevents, int timeout);
        int ret = epoll_wait(epollfd,fd_arr,sizeof(fd_arr) / sizeof(fd_arr[0]),3000);
        if(ret < 0)
        {
            perror("epoll_wait");
            continue;
        }
        else if(ret == 0)
        {
            cout<<"timeout"<<endl;
            sleep(1);
            continue;
        }
        cout<<"---"<<ret<<endl;
        //文件描述符被觸發
        for(int i = 0; i < ret; i++)
        {
            if(fd_arr[i].data.fd == 0)
            {
                char buf[3] = {'\0'};
                read(fd_arr[i].data.fd,buf,sizeof(buf) - 1);
                cout<<"input : "<<buf<<endl;
            }
        }
    }
    

    return 0;
}

在設置接收數據的大小的時候，我們給數組設置的比較小，當我們發送大量的數據，就會出現下面這種情況

邊緣觸發 ET模式

在ET模式下，如果我們一次只是處理了部分數據，那麼剩下的數據在下一次觸發的時候纔會被處理的。

也就是說，ET模式下，當文件描述符就緒後，就只有一次處理文件中數據的機會，所以我們需要使用循環的方式進行接收數據。他支持非阻塞讀寫

程序模擬：

/*================================================================
*   Copyright (C) 2020 Sangfor Ltd. All rights reserved.
*   
*   文件名稱：test.cpp
*   創 建 者：dcl
*   創建日期：2020年06月20日
*   描    述：
*
================================================================*/

#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <fcntl.h>
#include <cstdio>
#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

inline void slove(struct epoll_event* fd_arr,int ret)
{
    for(int i = 0; i < ret; i++)
        if(fd_arr[i].data.fd == 0)
        {
            string ans = "";
            while(1)
            {
                char buf[3] = {'\0'};
                ssize_t readsize = read(0,buf,sizeof(buf) - 1);
                if(readsize < 0)
                {
                    //說明數據讀完了
                    if(errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK)
                        break;
                    
                    perror("read");
                    break;
                }

                ans += buf;
                break;
                if(readsize < (ssize_t)sizeof(buf) - 1)
                   break; //數據讀完了
            }

            if(ans != "")   cout<<"read data: "<<ans<<endl;
        }

}

int main()
{
    //設置文件描述符屬性爲非阻塞
    //int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );
    int flag = fcntl(0,F_GETFL);
    fcntl(0,F_SETFL,flag | O_NONBLOCK);

    //創建epoll操作句柄
    int epoll_fd = epoll_create(10);
    if(epoll_fd < 0)
    {
        perror("epoll_create");
        return 0;
    }

    //添加文件描述符
    struct epoll_event ev;
    ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;
    ev.data.fd = 0;
    int ret = epoll_ctl(epoll_fd,EPOLL_CTL_ADD,0,&ev);
    if(ret < 0)
    {
        perror("epoll_ctl");
        return 0;
    }

    while(1)
    {
        struct epoll_event fd_arr[10];
        ret = epoll_wait(epoll_fd,fd_arr,sizeof(fd_arr) / sizeof(fd_arr[0]),-1);
        if(ret < 0)
        {
            perror("epoll_wait");
            continue;
        }

        slove(fd_arr,ret);

    }


    return 0;
}

沒有循環接收數據時的情況

數據的接收過程：

在循環接收的過程中，當某一次我們接收的數據的大小小於我們的最大接收能力的時候，就說明數據讀取完了

還有一種意外情況，就是當我們所發送的數據正好是我們最大接收能力的整數倍時，比如說：我們發送一個 123\r\n，我們一次只能接收兩個數據，那麼當最後一次接收到數據的時候，其實數據讀取完畢了，但是read函數還是處於一個等待數據的階段，就會卡死，造成一個飢餓的情況

ET模式，在加上循環後很容易造成飢餓狀態

解決方法：將文件描述符設置爲非阻塞狀態，我們可以調用fcntl函數

int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );

fd：所要操作的哪一個文件描述符
cmd：fcntl函數需要做的事情
F_GETFL，獲取文件描述符屬性，文件描述符通過返回值返回給我們，arg不需要設置
F_SETFD，設置文件描述符屬性，arg就是文件描述符需要設置的屬性，類型爲int

多路轉接之poll與epoll

poll與epoll

poll

函數接口

編程實例

epoll

函數接口

epoll的兩種工作方式

水平觸發 LT模式

邊緣觸發 ET模式

這就是紅黑樹麼

多路轉接之poll與epoll

再看C++哈希表（散列表）

AVL 樹的旋轉

linux下使用MariaDB數據庫的過程

https://yachay.unat.edu.pe/blog/index.php?comment_area=format_blog&comment_component=blog&comment_co

linux以太網驅動總結