Linux 网络编程七（非阻塞socket：epoll--select）

阻塞socket
--阻塞调用是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起。函数只有在得到结果之后才会返回。
--对于文件操作 read,fread函数调用会将线程阻塞（平常使用read感觉不出来阻塞，
  因为以前的程序read都是从本机上读取数据，所以速度很快，无法感觉出来，但是从网络上读取就会有阻塞现象）。
--对于socket来讲，accept与recv、recvfrom函数调用会将线程阻塞。
--为了避免整个进程被阻塞后挂起，所以在阻塞模式下，往往需要采用多线程技术。
--一个进程中可并发的线程总数是有限的，在处理大量客户端socket连接(比如上万个client socket)，通过线程并发处理socket处理socket并不方便，效率也不高。

非阻塞socket
--非阻塞调用是指调用立刻返回。
--在非阻塞模式下，accept与recv、recvfrom函数调用会立刻返回。
--在nonblocking状态下调用accept函数，如果没有客户端socket连接请求，那么accept函数返回-1，同时errno值为EAGAIN或者EWOULDBLOCK，这两个宏定义都为整数11.
--在nonblocking状态下调用recv、recvfrom函数，如果没有数据，函数返回-1，同时errno值为11（EINPROGRESS）。如果socket已经关闭，函数返回0.
--在nonblocking状态下对一个已经关闭的socket调用send函数，将引发一个SIGPIPE信号，进程必须捕捉这个信号，因为SIGPIPE系统默认的处理方式是关闭进程。

fcntl函数调用
fcntl函数可以将文件或者socket描述符设置为阻塞或者非阻塞状态
int fcntl(int fd,int cmd,.../*arg*/);
参数fd为要设置的文件描述符或者socket。
参数cmd，F_GETFL为得到目前状态，F_SETFL为设置状态。
宏定义O_NONBLOCK代表非阻塞，0代表阻塞。
成功返回值为描述符当前状态，失败返回-1，并且设置errno。

//fcntl函数调用设置非阻塞socket
int opts=fcntl(st,F_GETFL);
if(opts<0)
{
    printf("fcntl failed ! error message :%s\n",strerror(errno));
    return -1;
}
opts=opts | O_NONBLOCK;
if(fcntl(st,F_SETFL,opts)<0)
{
    printf("fcntl failed ! error message :%s\n",strerror(errno));
        return -1;
}

//fcntl函数调用设置阻塞socket
if(fcntl(st,F_SETFL,0)<0)
{
    printf("fcntl failed ! error message :%s\n",strerror(errno));
    return -1;
}

场景解释：现在将服务器端的st和客户端传到服务器端的client_socket都设置为非阻塞，
但是这种设置针对的是服务器，所以在服务器端设置客户端client_socket非阻塞，并不会影响客户端的socket，客户端的socket还是阻塞的。

 

epoll的系统调用函数
--epoll_create    epoll_create用来创建一个epoll文件描述符。
--epoll_ctl       epoll_clt用来添加|修改|删除需要侦听的文件描述符及其事件
--epoll_wait      epoll_wait接收发生在被侦听的描述符上的，用户感兴趣的IO事件
--epoll文件描述符用完后，需要用close关闭
--每次添加|修改|删除文件描述符都需要调用epoll_ctl，所以要尽量少的调用epoll_ctl
--epoll只适用与Linux 内核 2.6版本或者其以上的版本，并不适用于Unix和window

epoll_create
--int epoll_create(int size);
--epool_create创建一个epoll句柄
--参数size指定epoll所支持的最大句柄数
--函数成功会返回一个新的epoll句柄，之后的所有操作将通过这个句柄来进行操作，函数失败返回-1，并且设置errno。
--在用完句柄之后，需要用close()来关闭着创建出来的epoll句柄。

epoll_ctl:
--int epoll_ctl(int epfd,int op,int fd,struct epoll_event *event);
--参数epfd是epoll_create()的返回值
--参数op表示动作，用三个宏来表示
    EPOLL_CTL_ADD:注册新的fd到epfd中
    EPOLL_CTL_MOD:修改已经注册的fd的监听事件
    EPOLL_CTL_DEL:从epfd中删除一个fd
--参数fd是需要监听的socket描述符
--参数event通知内核需要监听什么事件

epoll_ctl()函数的第四个参数可以是一个临时变量,epoll似乎会拷贝这个参数而不是直接使用

 

//union epoll_data共用体
typedef union epoll_data
{
    void *ptr;
    int fd;
    _uint32_t u32;
    _uint64_t u64;
}epoll_data_t;

//struct epoll_event结构
struct epoll_event
{
    _uint32_t events;/*Epoll events*/
    epoll_data_t data;/*User data variable */
};

 

events定义

EPOLLIN：表示对应的文件描述符上有数据可读。这通常适用于读操作，如socket接收数据。当socket的接收缓冲区中有数据可读时，就会触发这个事件。

EPOLLOUT：表示对应的文件描述符上可以写入数据。这适用于写操作，如socket发送数据。当socket的发送缓冲区有空间可以写入时，就会触发这个事件。

EPOLLPRI：表示对应的文件描述符上有紧急数据可读。这通常用于处理带外数据（out-of-band data），例如socket上的OOB（out-of-band）消息。

EPOLLERR：表示对应的文件描述符发生错误。这通常意味着在读写操作期间遇到了错误，比如连接被对方重置等。

EPOLLHUP：表示对应的文件描述符被挂断。这通常发生在连接意外关闭或对方崩溃时。

EPOLLRDHUP：表示TCP连接的远端关闭或半关闭连接。即对方关闭了连接，或者发送了FIN包，但本端还可以继续发送数据。

EPOLLET：表示将触发方式设置为边缘触发（Edge Triggered）。默认情况下，epoll使用水平触发（Level Triggered），但通过设置EPOLLET，可以改为边缘触发模式。边缘触发模式下，事件只会在状态发生变化时触发一次，直到应用程序处理完该事件。

EPOLLONESHOT：表示对这个事件只处理一次。当事件被触发并处理后，如果还需要继续监听这个socket，需要再次把这个socket加入到epoll队列里。

关于ET、LT两种工作模式
LT（level triggered）是缺省的工作方式，并且同时支持block和no-block socket
--在LT模式中，内核通知一个文件描述符是否就绪了，然后可以对这个就绪的fd进行IO操作
--如果你不作任何操作，内核还是会继续通知你的，所以这种模式编程出错误可能性要小一点。

ET（edge-triggered）是高速工作方式，只支持no-block socket
--在ET模式下，当描述符从未就绪变为就绪时，内核通过epoll告诉你。
--ET模式会假设你知道文件描述符已经就绪，并且不会再为那个文件描述符发送更多的就绪通知，知道你做了某些操作导致那个文件描述符不再为就绪状态了
--如果一直不对这个fd作IO操作（从而导致它再次变成未就绪），内核不会发送更多的通知。

ET和LT的区别：
--LT事件不会丢弃，而是只要读buffer里面有数据可以让用户读，则不断的通知你
--ET则只在事件发生之时通知。可以简单理解为LT是水平触发，而ET则为边缘触发。

epoll_wait
--int epoll_wait(int epfd,struct epoll_event *events,int maxevents,int timeout);
--参数epfd是epoll_create()的返回值。
--参数events是一个epoll_event*指针，一般是一个事件数组，当epoll_wait这个函数操作成功之后，epoll_events里面将存储所有的读写事件。
--参数maxevents是当前需要监听的所有socket句柄数。
--参数timeout是epoll_wait的超时，为0的时候表示马上返回，为-1的时候表示一致等下去，直到有事件返回，正整数表示等这么长的时间。
--一般如果网络主循环是单独的线程的话，可以用-1来等，这样可以保证一些效率，如果是和主逻辑在同一线程的话，则可以用0来保证主循环的效率。
--函数成功返回值是有消息的socket的数目，失败返回-1，并且设置errno。

 

epoll_wait返回之后应该是一个循环，遍历所有的事件。
epoll所能容纳的文件描述符无上限，但是poll和select所容纳的文件描述符最大只能是1024

 

select
--int select(int nfds,fd_set *readfds,fd_set *writefds,fd_set *exceptfds,struct tomeval *timeout);
--参数nfds为最大socket的值加1,（socket都是int类型）
--参数readfds是读事件的socket集合
--参数writefds是写事件的socket集合
--参数exceptfds是出错事件的socket集合
--每个事件数组都支持1024个文件描述符
--参数timeout如果为NULL，表示永远阻塞，如果是一个具体的时间类型，表示等待的事件。
--select也是阻塞的，只要放入readfds池中的socket有事件发生或者放入writefds池中的socket有事件发生
或者放入exceptfds池中的socket有事件发生，select函数都会立刻返回。readfds和epoll_wait中的事件数组很相似
不关心的事件数组可以设置为NULL
--当readfds、writefds、exceptfds都设置为NULL，并且参数timeout设置了时间，那么select函数的效果就会等同于sleep()函数
sleep()函数有一定延迟，但是select比sleep()更加精确，并且设置的时间范围更加广泛，可以精确到微秒。
--select最大支持1024个文件描述符
--void FD_ZERO(fd_set *set);    初始化（清空）一个select事件数组，不可以使用memset()
--void FD_SET(int fd,fd_set *set);    在select事件数组里添加一个文件描述符，添加重复的socket对事件数组没有影响
--void FD_CLR(int fd,fd_set *set);    从select事件数组中删除一个文件描述符
--void FD_ISSET(int fd,fd_set *set);    判断一个文件描述符是否在select的某个事件数组中    
--函数成功返回有消息的socket的数目，失败返回-1，并且设置errno

 

epoll和select使用场景：客户端连接量大，但是每个客户端发送的数据量少，并且向服务器发送消息的次数很少
多线程使用场景：客户端连接量小，每个客户端发送的数据量大，且长时间连接发送消息