TCP高并发服务器简介（select、poll、epoll实现与区别）

select、poll、epoll三者的实现：

select实现TCP高并发服务器的流程：

  • 一、创建套接字（socket函数）：
  • 二、填充服务器的网络信息结构体：
  • 三、套接字和服务器的网络信息结构体进行绑定（bind函数）：
  • 四、套接字设置成被动监听（listen函数）：
  • 五、创建要监听的文件描述符集合：
  • 使用select函数后，会将没有就绪的文件描述符在集合中去除，所以需要创建两个文件描述符集合，一个是母本read_fds，类似于常量，保持不变，而另一个作为副本read_fds_t，类似于变量，可以改变；
	fd_set read_fds;FD_ZERO(&read_fds);fd_set read_fds_t;FD_ZERO(&read_fds_t);
  • 六、把创建的套接字添加到要监视的集合中：
	FD_SET(sockfd,&read_fds);int fd_max = 0;fd_max = fd_max > sockfd ? fd_max : sockfd;
  • 七、设置系统时间结构体变量，用来指定超时的时间：
	struct timeval tm_out;
  • 八、等待文件描述符中的事件是否就绪，成功则返回就绪的文件描述符的个数（select函数）：
  • select函数：
	#include <sys/select.h>int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);/*参数：nfds：		要监视的最大文件描述符+1readfds：	要监视的读文件描述符集合 不关心可以传NULLwritefds：	要监视的写文件描述符集合 不关心可以传NULLexceptfds：	要监视的异常文件描述符集合 不关心可以传NULLtimeout：	超时时间 如果设置成NULL 会一直阻塞 直到有文件描述符就绪返回值：成功 就绪的文件描述符的个数超时 0失败 -1 重置错误码*///struct timeval  可以指定超时时间//如果结构体的两个成员都为0 表示非阻塞struct timeval {long    tv_sec;         //秒 long    tv_usec;       //微秒};void FD_CLR(int fd, fd_set *set);	//将文件描述符在集合中删除int  FD_ISSET(int fd, fd_set *set);	//判断文件描述符是否还在集合中// 返回0 表示不在了 非0 表示在void FD_SET(int fd, fd_set *set);	//向集合中添加一个文件描述符void FD_ZERO(fd_set *set);			//清空集合
		if(-1 == (ret = select(fd_max + 1,&read_fds_t,NULL,NULL,&tm_out))){perror("select error");exit(-1);}else if(0 == ret){puts("timeout!!!!!");putchar('\n');continue;}
  • 九、遍历文件描述符集合，判断哪些文件描述符已经准备就绪：
		for(int i = 3; i < fd_max + 1 && 0 != ret; i++){...}
  • 十、判断文件描述符是否还在集合中，并且接收来自客户端的数据（recv函数）和给客户端发送应答消息（send函数）：
            if(FD_ISSET(i,&read_fds_t)){//说明有新的客户端连接服务器if(i == sockfd){   if(-1 == (accept_fd = accept(sockfd,NULL,NULL))){perror("accept error");exit(-1);}printf("客户端[%d]连接到服务器\n",accept_fd);//将新连接的客户端的套接字添加到要监视的集合中FD_SET(accept_fd,&read_fds);fd_max = fd_max > accept_fd ? fd_max : accept_fd;}else //之前连接的客户端在向服务器发送信息{memset(buf,0,sizeof(buf));if(-1 == (nbytes = recv(i,buf,sizeof(buf),0))){perror("recv error");exit(-1);}else if(0 == nbytes){printf("客户端[%d]已断开连接\n",i);//将已断开连接客户端的套接字在文件描述符集合中剔除FD_CLR(i,&read_fds);//关闭套接字close(i);continue;}if(!strncmp(buf,"quit",4)){printf("客户端[%d]已退出\n",i);//将已断开连接客户端的套接字在文件描述符集合中剔除FD_CLR(i,&read_fds);//关闭套接字close(i);continue;}printf("客户端[%d]发来信息[%s]\n",i,buf);//组装应答消息strcat(buf,"----------k");//给客户端发送应答消息if(-1 == send(i,buf,sizeof(buf),0)){perror("send error");exit(-1);}}ret--; //减少遍历次数}
  • 十一、关闭套接字（close函数）：

poll实现TCP高并发服务器的流程：

  • 一、创建套接字（socket函数）：
  • 二、填充服务器的网络信息结构体：
  • 三、套接字和服务器的网络信息结构体进行绑定（bind函数）：
  • 四、套接字设置成被动监听（listen函数）：
  • 五、创建要监听的文件描述符集合并清空文件描述符集合：
	//创建要监听的文件描述符集合struct pollfd new_fds[2048] = {0};//清空文件描述符集合for(int i = 0; i < 2048; ++i){new_fds[i].fd = -1;}
  • 六、把创建的套接字添加到要监视的集合中：
	FD_SET(sockfd,&read_fds);int fd_max = 0;fd_max = fd_max > sockfd ? fd_max : sockfd;
  • 七、套接字添加到要监视的集合中，并且设置要监听的事件：
	//套接字添加到要监视的集合中new_fds[0].fd = sockfd;//设置要监听的事件new_fds[0].events |= POLLIN;
  • 八、记录文件描述符集合中最大的文件描述符，并且设置超时的时间：
	//记录文件描述符集合中最大的文件描述符int fd_max = 0;fd_max = fd_max > sockfd ? fd_max : sockfd;//设置超时的时间int tm_out = 10000;
  • 九、等待文件描述符中的事件是否就绪，成功则返回就绪的文件描述符的个数（poll函数）：
  • poll实现TCP中型并发服务器与select实现TCP小型并发服务器的区别就是无需每次重置集合,并且可以设置要监视的最大文件描述符的个数，而select至多监视1024个文件描述符；
  • poll函数：
	#include <poll.h>int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);/*参数：fds：要监视的文件描述符的集合指向自定义的结构体数据nfds：fds中已经使用的项目的个数timeout：超时时间单位是毫秒  设置成10000 表示10s-1	永久阻塞0	非阻塞返回值：0		超时-1		出错 重置错误码正数	成功 返回的就绪的文件描述符的个数*/struct pollfd {int   fd;         /* 文件描述符 设置成-1 内核就不再监视这一位了*/short events;     /* 要监视的事件 */short revents;    /* 返回的事件 */};/*要监视的事件是用位运算或起来的要监视的事件放在events字段,而实际就绪的事件在revents字段返回POLLIN	读事件POLLOUT	写时间POLLERR	异常事件*/
		if(-1 == (ret = poll(new_fds,fd_max,tm_out))){perror("poll error");exit(-1);}else if(0 == ret){puts("timeout!!!!!");putchar('\n');continue;}
  • 十、遍历文件描述符集合，判断哪些文件描述符已经准备就绪：
		for(k = 0; k <= fd_max && ret != 0; ++k){   ...}
  • 十一、找到实际就绪的事件的文件描述符，并且接收来自客户端的数据（recv函数）和给客户端发送应答消息（send函数）：
           //找到实际就绪的事件的文件描述符if(0 != (new_fds[k].revents & POLLIN)){//说明有新的客户端连接服务器if(new_fds[k].fd == sockfd){if(-1 == (accept_fd = accept(sockfd,NULL,NULL))){perror("accept error");exit(-1);}printf("客户端[%d]连接到服务器\n",accept_fd);//将新连接的客户端的套接字添加到要监视的集合中//遍历文件描述符集合，给新的文件描述符找一个位置for(j = 0; j < 2048; j++){if(-1 == new_fds[j].fd){new_fds[j].fd = accept_fd;new_fds[j].events |= POLLIN;fd_max = fd_max > accept_fd ? fd_max : accept_fd;break;}}if(2048 == j){//此时集合容量满了close(accept_fd);}}else //之前连接的客户端在向服务器发送信息{memset(buf,0,sizeof(buf));if(-1 == (nbytes = recv(new_fds[k].fd,buf,sizeof(buf),0))){perror("recv error");exit(-1);}else if(0 == nbytes){printf("客户端[%d]已断开连接\n",new_fds[k].fd);//将已断开连接客户端的套接字在文件描述符集合中剔除close(new_fds[k].fd);new_fds[k].fd = -1;continue;}if(!strncmp(buf,"quit",4)){printf("客户端[%d]已退出\n",new_fds[k].fd);//将已断开连接客户端的套接字在文件描述符集合中剔除close(new_fds[k].fd);new_fds[k].fd = -1;continue;}printf("客户端[%d]发来信息[%s]\n",new_fds[k].fd,buf);//组装应答消息strcat(buf,"----------k");//给客户端发送应答消息if(-1 == send(new_fds[k].fd,buf,sizeof(buf),0)){perror("send error");exit(-1);}}ret--; //减少遍历次数}
  • 十二、关闭套接字（close函数）：

epoll实现TCP高并发服务器的流程：

  • 一、创建套接字（socket函数）：
  • 通信域选择IPV4网络协议、套接字类型选择流式；
	int sock_fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); //通信域选择IPV4、套接字类型选择流式
  • 二、填充服务器和客户机的网络信息结构体：
  • 1.分别定义服务器网络信息结构体变量serveraddr和客户机网络信息结构体变量clientaddr；
  • 2.分别求出服务器和客户机的网络信息结构体变量的内存空间大小，以作备用；
  • 3.网络信息结构体清0；
  • 4.使用IPV4网络协议AF_INET；
  • 5.在终端预留服务器端主机的IP地址：inet_addr(argv[1])；
  • 6.在终端预留服务器端网络字节序的端口号：htons(atoi(argv[2]))；
	struct sockaddr_in serveraddr; //定义服务器网络信息结构体变量struct sockaddr_in clientaddr;socklen_t serveraddr_len = sizeof(serveraddr);//求出服务器结构体变量的内存空间大小socklen_t clientaddr_len = sizeof(clientaddr);//求出客户机结构体变量的内存空间大小memset(&serveraddr,0,serveraddr_len); //服务器结构体清零memset(&clientaddr,0,clientaddr_len);//客户机结构体清零serveraddr.sin_family = AF_INET;  //使用IPV4网络协议serveraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);  //IP地址serveraddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));//网络字节序的端口号
  • 三、设置允许端口复用（setsockopt函数）：
  • setsockopt函数：
  • 功能：设置套接字属性；
#include <sys/types.h>#include <sys/socket.h>int setsockopt(int sockfd, int level, int optname,const void *optval, socklen_t optlen);	/*参数：sockfd：套接字level：	选项的级别套接字API级别		SOL_SOCKETTCP级别			IPPROTO_TCPIP级别			IPPROTO_IPoptname：选项的名字套接字API级别SO_BROADCAST	是否允许发送广播SO_RCVBUF		接收缓冲区的大小SO_SNDBUF		发送缓冲区的大小SO_RCVTIMEO		接收超时时间参数使用的是 struct timeval 结构体如果超时了 函数调用会立即返回-1并将错误码置成 EAGAINSO_SNDTIMEO			发送超时时间SO_REUSEADDR		端口复用TCP级别TCP_NODELAY		使能/禁用Nagle算法IP级别IP_ADD_MEMBERSHIP	设置加入多播组optval：	选项的值没有特殊说明时 使用的都是int类型optlen：optval的大小返回值：成功 	0失败 	-1 	重置错误码*/
  • 特别注意：
  • 使用setsockopt设置允许端口复用时，其在代码的位置在填充网络信息结构体和bind之间；
	int reuse = 1;if(-1 == (setsockopt(sock_fd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&reuse,sizeof(reuse)))){perror("setsockopt error");exit(-1);}

  • 四、套接字和服务器的网络信息结构体进行绑定（bind函数）：

  • 五、套接字设置成被动监听（listen函数）：

  • 六、创建红黑树（epoll_create函数）：

	#include <sys/epoll.h>int epoll_create(int size);/*功能：创建epoll/创建epoll实例的描述符参数：size:参数已经被忽略了，只需要填写大于0的值即可返回值：epoll_create 调用成功时会返回一个非负整数epfd，表示新创建的 epoll 实例的文件描述符，如果调用失败则返回 -1，并设置 errno 变量以指示具体错误原因*/

	int epfd = epoll_create(1);if(-1 == epfd){perror("epoll_create error");exit(-1);}
  • 七、定义事件结构体变量和存放就绪事件描述符的数组：
  • 事件结构体：epoll_event用于描述一个文件描述符上的事件；
			typedef union epoll_data {void        *ptr;int          fd;  uint32_t     u32;uint64_t     u64;} epoll_data_t;   struct epoll_event {uint32_t     events;      //EPOLLIN 读 / EPOLLOUT 写epoll_data_t data;        //存放用户的数据};    

struct epoll_event event;struct epoll_event events[N];
  • 八、将关心的文件描述符加入到红黑树（epoll_ctl函数）：
  • 功能：epoll的控制操作或者用于向 epoll 实例中添加、修改、删除事件；
  • epoll_ctl函数：
	int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);/*参数：epfd:epoll的文件描述符op:控制方式EPOLL_CTL_ADD：添加EPOLL_CTL_MOD：修改EPOLL_CTL_DEL：删除fd:被操作的文件描述符event:（事件）结构体指针返回值：    成功返回0，失败返回-1 置位错误码*/

	//添加要检测事件的描述符event.events = EPOLLIN;event.data.fd = sock_fd;//将关心的文件描述符加入到红黑树if(-1 == (epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,sock_fd,&event))){perror("epoll_ctl error");exit(-1);}
  • 九、等待文件描述符中的事件是否就绪，成功则返回就绪的文件描述符的个数（epoll_wait函数）：
  • epoll_wait函数：
	int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events,int maxevents, int timeout);/*参数：epfd:epoll的文件描述符events:准备好的事件的结构体地址maxevents:返回的最大的文件描述符的个数timeout:超时>0 :毫秒级别的超时时间=0 :立即返回=-1:不关心超时时间返回值：成功返回准备好的文件描述符的个数返回0代表超时时间到了失败返回-1置位错误码*/

		if(-1 == (ret = epoll_wait(epfd,events,N,-1))){perror("epoll_wait error");exit(-1);}
  • 十、遍历就绪的文件描述符集，判断哪些文件描述符已经准备就绪：
		for(int i = 0; i < ret; ++i){...}
  • 十一、找到实际就绪的事件的文件描述符，并且接收来自客户端的数据（recv函数）和给客户端发送应答消息（send函数）：
			if(events[i].data.fd == sock_fd){//获取连接成功后新的客户端new_fd = accept(sock_fd,(struct sockaddr *)&clientaddr,&clientaddr_len);if(-1 == new_fd){perror("accept error");exit(-1);}printf("文件描述符[%d]客户端[%s:%d]连接到了服务器\n",new_fd,inet_ntoa(clientaddr.sin_addr),ntohs(clientaddr.sin_port));//添加要检测的文件描述符event.events = EPOLLIN;event.data.fd = new_fd;if(-1 == (epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,new_fd,&event))){perror("epoll_ctl error");exit(-1);}printf("文件描述符[%d]成功挂载在红黑树上\n",new_fd);}else{memset(buf,0,sizeof(buf));int old_fd = events[i].data.fd;if(-1 == (nbytes = recv(old_fd,buf,sizeof(buf),0))){perror("recv error");exit(-1);}else if(0 == nbytes){printf("文件描述符[%d]客户端断开了服务器\n",old_fd);//关闭对应的文件描述符close(old_fd);//剔除挂在树上对应的文件描述符epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_DEL,old_fd,&event);}if(!strncmp(buf,"quit",4)){printf("文件描述符[%d]客户端退出了服务器\n",old_fd);//关闭对应的文件描述符close(old_fd);//剔除挂在树上对应的文件描述符epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_DEL,old_fd,&event);}printf("文件描述符[%d]客户端发来数据[%s]\n",old_fd,buf);//组装应答消息strcat(buf,"-----k");//给客户端发送应答消息send(old_fd,buf,sizeof(buf),0);
  • 十二、关闭套接字（close函数）：

select、poll、epoll三者的区别：

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