基于epoll的io复用管理，一种文件监听方案 2

基于epoll的io复用管理，一种文件监听方案 2 - 教程

（仓库链接：https://github.com/12379biu/epoll_manager.git）

epoll的一些性质

通过epoll_manager封装写一个多人服务器

处理

事件处理与自定义函数

可变参处理函数原型

实验结果

此封装旨在将epoll从事件处理中解耦出来，更专注与对文件本身的监听，仅作为事件唤醒的手段，将事件处理与之解耦。
上一篇介绍了此封装API函数的使用，以及监听标准输入流的例子。这一篇接着介绍epoll组件的特性，以及此封装源码。并使用它创建一个多人服务器。

注册epoll

epoll的一些性质

epoll的主要函数epoll_create()创建epoll,epoll_ctl()注册/修改/注销，epoll_wait（）等待事件

    struct epoll_event epoll_e;epoll_fd = epoll_create1(0);epoll_e.events = EPOLLIN | EPOLLET;//边缘触发,输入事件epoll_e.data.ptr = static_cast(p);//假设指针p中存放有文件句柄和其他信息/*注册epoll成员*/temp_fd = epoll_ctl(epoll_fd,EPOLL_CTL_ADD,p->fd,&epoll_e);

通过epoll_ctl，参数epoll_fd：创建的epoll句柄，EPOLL_CTL_ADD：行为（注册监听文件），

p->fd：要监听的文件句柄,&epoll_e：存放属性与内容信息的容器（一次性用品，注册完被linux内核记录，就可以销毁epoll_e了）将要监听的属性：events注册到epoll;剩下的epoll成员,无论是data.ptr还是data.fd都属于内容，epoll机制不关心内容是什么，因此无论epoll_.data存什么都不会干扰到它的唤醒机制，排序机制，这给了我们极大的操作空间，我们可以在epoll_event.data.ptr中存储任意我们希望存储的信息。

struct epoll_event events[10];
int nfds = 0;
nfds = epoll_wait(epoll1_fd,events,Max_Event,-1);
for (int i = 0;i < nfds;i ++)
{...(对events[i]的处理)
}

这段代码中，文件注册到epoll后epoll_wait()的会将注册的的监听文件，events[10]作为储存监听文件产生事件的容器等待处理，nfds：产生的事件数量。注意events[10]并非是最大能等待的事件的数目。这是一次性能能处理的最大事件数量。什么意思呢？举个例子，通过epoll_ctl（）注册了100个文件，epoll会监听这一百个文件而不是10个，加入一次性产生了13个可读事件发生，那么前10个会在for()循环被处理，剩下3个不会被丢弃或者覆盖，而是会等待前10个文件处理完后在第二轮循环中被处理，nfds会立刻返回3，进入第二轮循环。

通过epoll_manager封装写一个多人服务器

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include "epoll_manager.h"
constexpr uint16_t Server_port = 8080;
constexpr uint32_t Max_Event = 10;
constexpr size_t Buf_Size = 1024;
void fun_cb(epoll_info* info, std::string& buf)
{std::cout << info->fd << ":" << buf << std::endl;write(info->fd,"OK",3);
}
/*初始化网络资源*/
void sock_init(int &sock_fd)
{//初始化套接字struct sockaddr_in address;int temp_fd = 0;int opt = 1;address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;address.sin_family = AF_INET;address.sin_port = htons(Server_port);//创建套接字sock_fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);ErrHandle("socket",sock_fd);//绑定端口temp_fd = bind(sock_fd,(struct sockaddr*)&address,sizeof(address));ErrHandle("bind",temp_fd);std::cout << "绑定监听端口:" << Server_port << std::endl;//监听端口temp_fd = listen(sock_fd,64);ErrHandle("listen",temp_fd);//优化断开重连:"Address already in use" 错误temp_fd = setsockopt(sock_fd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&opt,sizeof(opt));ErrHandle("setsockopt",temp_fd);
}
/*main----------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------*/
int main(int argc,char** argv)
{
/*创建资源*/system("clear");EpollManager epoll1;struct epoll_event events[Max_Event];epoll_info temp_info = {0};temp_info.epoll_fd = epoll1.get_epoll_fd();socklen_t len = sizeof(temp_info.address);//创建流int listen_socket_fd,nfds,temp;std::string buf(Buf_Size,0);
/*服务器网络初始化----------------------------------------------------------
-------------------------------------------------------------------------*//*套接字初始化:地址族初始化---绑定---监听---连接*/sock_init(listen_socket_fd);temp_info.fd = listen_socket_fd;epoll1.info_register(&temp_info,true);//录入客户端文件信息std::cout << "监听中..." << std::endl;
/*----------------------------------------------------------------------------*/while(1){//等待事件nfds = epoll_wait(epoll1.get_epoll_fd(),events,Max_Event,-1);ErrHandle("epoll_wait",nfds);for (int i = 0;i < nfds;i ++){
/*来自监听文件的客户端连接--------------------------------------------------------------
-------------------------------------------------------------------------*///服务器有可读事件-->有新客户端连接if ((static_cast(events[i].data.ptr))->fd == listen_socket_fd){std::cout << "新连接" << std::endl;temp_info.fd = accept(listen_socket_fd,(struct sockaddr*)&(temp_info.address),&len);epoll1.info_register(&temp_info);//录入客户端文件信息std::cout << temp_info.fd << ":已连接" << std::endl;}
/*客户端发送数据--------------------------------------------------------------
-------------------------------------------------------------------------*/else //已有的连接{//传入一个epoll_info*指针,一个缓冲区,一个自定义函数,后面填参数epoll1.Epoll_EventHandle(static_cast(events[i].data.ptr),buf,fun_cb);}}}//释放资源close(listen_socket_fd);return 0;
}

注册

在上面这段代码中，我们来着重分析epoll的机制和epoll_manager封装，重点放到主函数

int main(int argc,char** argv)
{
/*创建资源*/system("clear");EpollManager epoll1;struct epoll_event events[Max_Event];epoll_info temp_info = {0};temp_info.epoll_fd = epoll1.get_epoll_fd();socklen_t len = sizeof(temp_info.address);//创建流int listen_socket_fd,nfds,temp;std::string buf(Buf_Size,0);
/*服务器网络初始化----------------------------------------------------------
-------------------------------------------------------------------------*//*套接字初始化:地址族初始化---绑定---监听---连接*/sock_init(listen_socket_fd);temp_info.fd = listen_socket_fd;epoll1.info_register(&temp_info,true);//录入客户端文件信息std::cout << "监听中..." << std::endl;
/*----------------------------------------------------------------------------*/while(1){//等待事件nfds = epoll_wait(epoll1.get_epoll_fd(),events,Max_Event,-1);ErrHandle("epoll_wait",nfds);for (int i = 0;i < nfds;i ++){
/*来自监听文件的客户端连接--------------------------------------------------------------
-------------------------------------------------------------------------*///服务器有可读事件-->有新客户端连接if ((static_cast(events[i].data.ptr))->fd == listen_socket_fd){std::cout << "新连接" << std::endl;temp_info.fd = accept(listen_socket_fd,(struct sockaddr*)&(temp_info.address),&len);epoll1.info_register(&temp_info);//录入客户端文件信息std::cout << temp_info.fd << ":已连接" << std::endl;}
/*客户端发送数据--------------------------------------------------------------
-------------------------------------------------------------------------*/else //已有的连接{//传入一个epoll_info*指针,一个缓冲区,一个自定义函数,后面填参数epoll1.Epoll_EventHandle(static_cast(events[i].data.ptr),buf,fun_cb);}}}//释放资源close(listen_socket_fd);return 0;
}

在sock_init（）中完成对网络的绑定，监听，等待连接。epoll1.info_register(&temp_info,true);

注册套接字文件，将套接字信息存入创建中间信息体temp_info中，将其作为参数传入，其他文件不需要填第二个参数，只有网络监听套接字需要填true。在下面的源码中，我们将信息传入指针epoll_info* p,并申请data.ptr的空间，在这里void *epoll_event data.ptr存储自定义结构体epoll_info的数据。通过epoll_ctl（）完成注册。监听的文件句柄与开辟的空间指针会被记录到链表中。

除了fd,epoll_fd外，其他结构体成员是可以用户自定义的，比如struct sockaddr_in,用于辅助处理网络地址信息，但实际上，此成员并不参与内部逻辑，由用户自己来决定是否使用它。

 // 客户端信息typedef struct{struct sockaddr_in address;//存放网络ip,分配端口int fd;int epoll_fd;}epoll_info;

 epoll1.info_register(&temp_info,true);//录入客户端文件信息
//源文件
void EpollManager::info_register(epoll_info *pclient_info,bool is_sockt)
{//信息录入内核int temp_fd = 0;struct epoll_event epoll_e;epoll_info* p;p = new epoll_info;//为epoll文件申请空间if (p == nullptr)std::cout << "register:memory error" << std::endl;/*记录epoll信息*/*p = *pclient_info;epoll_e.events = EPOLLIN | EPOLLET;//边缘触发,输入事件epoll_e.data.ptr = static_cast(p);/*注册epoll成员*/temp_fd = epoll_ctl(epoll_fd,EPOLL_CTL_ADD,p->fd,&epoll_e);if (temp_fd < 0){perror("epoll_e:ctl");close(epoll_fd);delete p;delete sock_ptr;exit(1);}list_append(list,p->fd,(void*)p);//索引信息录入链表if (is_sockt)//此地址为套接字申请，在析构时释放sock_ptr = p;
}

处理

在注册步骤中，data.ptr->fd存储了我们的文件句柄，将events[i].data.ptr转一下数据类型，判断fd是否是套接字文件，如果是则说明有新的客户端连接，否则说明是已经注册的客户端发来了数据等待处理，看下一步。

            //服务器有可读事件-->有新客户端连接if ((static_cast(events[i].data.ptr))->fd == listen_socket_fd){std::cout << "新连接" << std::endl;temp_info.fd = accept(listen_socket_fd,(struct sockaddr*)&(temp_info.address),&len);epoll1.info_register(&temp_info);//录入客户端文件信息std::cout << temp_info.fd << ":已连接" << std::endl;}
/*客户端发送数据--------------------------------------------------------------
-------------------------------------------------------------------------*/else //已有的连接{//传入一个epoll_info*指针,一个缓冲区,一个自定义函数,后面填参数epoll1.Epoll_EventHandle(static_cast(events[i].data.ptr),buf,fun_cb);}

事件处理与自定义函数

数据处理函数Epoll_EventHandle（），它是一个变参函数，第一个参数是epoll_info*,它会从中获取信息，第二个参数是主函数中定义的缓冲区buf,注意，缓冲区需要初始化长度 buf(Buf_Size,0);第三个参数是自定义的函数指针fun_cb，由使用者更具自己的实际需求自己实现，后面还能填不限数量类型的参数传递给自定函数，在这个例子中不需要传参。自定义函数（名字自定义）fun_cb(epoll_info* info, std::string& buf),前两个参数定义必须是epoll_info* ;std::string& ;后续参数可自定义。

在这里，buf中存储者客户端，或者是监听文件写入的数据，在我的处理中，将显示：文件句柄：数据，并向监听文件也就是客户端发送“OK”。用户可以通过自定义结构体 epoll_info 来做一些其他的操作，比如回显，输出地址ip等。

//自定义数据处理函数
void fun_cb(epoll_info* info, std::string& buf)
{std::cout << info->fd << ":" << buf << std::endl;write(info->fd,"OK",3);
}
//数据处理函数
epoll1.Epoll_EventHandle(static_cast(events[i].data.ptr),buf,fun_cb);

可变参处理函数原型

这是一个变参函数，通过 万能引用 可以传入左值或右值，以 完美转发 确保保留参数原本的性质。

首先通过信息体读取文件信息，并作出错误处理。在else{}中调用使用者传入的函数指针，第一个参数pclient_info：用户通过此参数调用一下自定义的性质，data：存储着文件接收到的信息。因为这两个参数传入了f(),所以，第一个和第二个参数固定为epoll_info*，std::string &buf。

std::forward<Args>(args)...：通过完美转发保存参数的性质，通过此功能，用户在上面的fun_cb()的例子中可定义多种参数使用。

template
void EpollManager::Epoll_EventHandle(epoll_info *pclient_info,std::string &buf,F &&f,Args&&... args)
{int count = read(pclient_info->fd,&buf[0],buf.capacity()-1);if (count < 0){perror("Epoll_EventHandle");epoll_ctl(pclient_info->epoll_fd, EPOLL_CTL_DEL, pclient_info->fd, NULL);//移出等待序列close(pclient_info->fd);//关闭客户端文件node_free(list,pclient_info->fd);//释放记录链表节点delete pclient_info;//释放内存pclient_info = nullptr;std::cout << "读取错误" << std::endl;}else if (count == 0){std::cout << pclient_info->fd << ":已下线。资源已回收" << std::endl;epoll_ctl(pclient_info->epoll_fd, EPOLL_CTL_DEL, pclient_info->fd, NULL);//移出等待序列close(pclient_info->fd);node_free(list,pclient_info->fd);//释放记录链表节点delete pclient_info;//释放资源pclient_info = nullptr;}else{// 创建一个只包含有效数据的子字符串std::string data = buf.substr(0, count);f(pclient_info, data, std::forward(args)...);}
}