C++网络编程之多路复用I/O之epoll(一)

后端

2023-12-13 20:09:42

前言

随着互联网的迅猛发展，网络应用层出不穷。网络编程已经成为程序员必备的一项基本技能。在网络编程中，I/O多路复用是一个非常重要的技术。它可以使一个进程同时处理多个网络连接的读写事件，从而大大提高程序的并发能力。

本系列文章将介绍epoll，一种在Linux系统中广泛使用的I/O多路复用技术。

1. 什么是I/O多路复用？

I/O多路复用，也称为事件驱动编程，是一种使一个进程能够同时处理多个输入/输出操作的技术。它通过一个select函数或epoll函数来监听多个文件符，并在其中一个或多个文件符发生事件时通知进程。进程可以根据这些事件来执行相应的操作。

I/O多路复用主要用于处理网络连接。它可以使一个进程同时处理多个网络连接的读写事件，从而大大提高程序的并发能力。

2. epoll简介

epoll是Linux系统中一种高效的I/O多路复用技术。它由Red Hat公司的Dan Wallach在2002年开发，并于2004年被加入到Linux内核2.6版本中。epoll的性能要比select和poll等传统I/O多路复用技术要高得多，因此它被广泛用于网络编程中。

epoll的原理很简单：它通过一个epoll_create()函数创建一个epoll实例，然后通过epoll_ctl()函数将要监听的文件描述符添加到epoll实例中。当这些文件描述符发生事件时，epoll_wait()函数会通知进程。进程可以根据这些事件来执行相应的操作。

3. epoll的使用方法

epoll的使用方法非常简单，主要包括以下几个步骤：

创建一个epoll实例。
将要监听的文件描述符添加到epoll实例中。
调用epoll_wait()函数监听文件描述符上的事件。
根据epoll_wait()函数返回的事件来执行相应的操作。

以下是一个epoll的使用示例：

#include <sys/epoll.h>
#include <stdio.h>

int main()
{
    // 创建一个epoll实例
    int epoll_fd = epoll_create(10);
    if (epoll_fd == -1)
    {
        perror("epoll_create");
        return -1;
    }

    // 将要监听的文件描述符添加到epoll实例中
    int listen_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (listen_fd == -1)
    {
        perror("socket");
        return -1;
    }

    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(8080);
    addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

    if (bind(listen_fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)) == -1)
    {
        perror("bind");
        return -1;
    }

    if (listen(listen_fd, 10) == -1)
    {
        perror("listen");
        return -1;
    }

    struct epoll_event ev;
    ev.events = EPOLLIN;
    ev.data.fd = listen_fd;

    if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, listen_fd, &ev) == -1)
    {
        perror("epoll_ctl");
        return -1;
    }

    // 监听文件描述符上的事件
    while (1)
    {
        struct epoll_event events[10];
        int nfds = epoll_wait(epoll_fd, events, 10, -1);
        if (nfds == -1)
        {
            perror("epoll_wait");
            return -1;
        }

        for (int i = 0; i < nfds; i++)
        {
            if (events[i].events & EPOLLIN)
            {
                // 新的连接到来
                int conn_fd = accept(listen_fd, NULL, NULL);
                if (conn_fd == -1)
                {
                    perror("accept");
                    return -1;
                }

                // 将新的连接添加到epoll实例中
                ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;
                ev.data.fd = conn_fd;

                if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, conn_fd, &ev) == -1)
                {
                    perror("epoll_ctl");
                    return -1;
                }
            }
            else if (events[i].events & EPOLLOUT)
            {
                // 可以向客户端发送数据了
                // ...
            }
        }
    }

    // 关闭epoll实例
    close(epoll_fd);

    return 0;
}