epoll多路复用的一个实例程序(C实现)

本文实例为大家分享了epoll多路复用一个实例程序的具体代码，供大家参考，具体内容如下

1、实例程序描述

编写一个echo server程序，功能是客户端向服务端发送消息，服务端接收到消息后输出，并原样返回给客户端，客户端接收到服务端的应答消息并打印输出。

2、公共接口函数部分

2.1、common.h 源文件

/**
**描述：公共头文件
*/
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
 
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <netdb.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/epoll.h>
 
typedef struct epoll_event EPOLL_EVENT_T;
 
#define BUF_SIZE 2048
#define LISTENQ  10
#define FD_SEZE  1000
#define MAX_EVENTS 100
 
#define ERROR_SOCKET_SELECT   -1
#define ERROR_SOCKET_TIMEOUT  -2
#define ERROR_SOCKET_READ     -3
#define ERROR_SOCKET_WRITE    -4
#define ERROR_SOCKET_CLOSE    -5
#define ERROR_SOCKET_CREATE   -6
#define ERROR_SOCKET_BIND     -7
#define ERROR_SOCKET_LISTEN   -8
#define ERROR_SOCKET_CONNECT  -9
 
#define ERROR_EPOLL_CREATE    -10
#define ERROR_EPOLL_CTL_ADD   -11
#define ERROR_EPOLL_CTL_DEL   -12
#define ERROR_EPOLL_CTL_MOD   -13
#define ERROR_ARGUMENT         -999
 
int add_epoll_event(int epollfd, int fd, int events);
int del_epoll_event(int epoll, int fd, int events);
int mod_epoll_event(int epoll, int fd, int events);
int make_socket_nonblock(int sock_fd);
int listen_socket(char *ip, int port, int nonblock);
int connect_socket(char *ip, int port,int nonblock);

2.2、common.c 源文件

/**
**描述：公共函数
*/
#include "common.h"
 
int add_epoll_event(int epollfd, int fd, int events)
{
    EPOLL_EVENT_T ev;
    ev.events = events;
    ev.data.fd = fd;
    if(epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &ev) == -1){
        perror("epoll_ctl_add");
        return ERROR_EPOLL_CTL_ADD;
    }
}
 
int del_epoll_event(int epollfd, int fd, int events)
{
    EPOLL_EVENT_T ev;
    ev.events = events;
    ev.data.fd = fd;
    if(epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_DEL, fd, &ev) == -1){
        perror("epoll_ctl_del");
        return ERROR_EPOLL_CTL_ADD;
    }
}
 
int mod_epoll_event(int epollfd, int fd, int events)
{
    EPOLL_EVENT_T ev;
    ev.events = events;
    ev.data.fd = fd;
    if(epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_MOD, fd, &ev) == -1){
        perror("epoll_ctl_mod");
        return ERROR_EPOLL_CTL_MOD;
    }
}
 
//设置socket为非阻塞模式函数
int make_socket_nonblock(int sock_fd)
{
    int flags;
    
    if((flags = fcntl(sock_fd, F_GETFL, NULL)) < 0){
        printf("get socket fd flags error:%d %s", errno, strerror(errno));
        return -1;
    }
    if(fcntl(sock_fd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK) == -1){
        printf("set socket non-block error:%d %s", errno, strerror(errno));
        return -1;
    }
    
    return 0;
}
 
int listen_socket(char *ip, int port, int nonblock)
{
    int opt=1, sockfd;
    struct sockaddr_in svr_addr;
    
    if((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0){
        close(sockfd);
        return ERROR_SOCKET_CREATE;
    }
    if(nonblock) //设置socket为非阻塞模式
        make_socket_nonblock(sockfd);
 
    //SO_REUSEADDR是让端口释放后立即就可以被再次使用
    setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));
    
    memset(&svr_addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));
    svr_addr.sin_family = AF_INET;
    if(ip == NULL)
        svr_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    else
        svr_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    svr_addr.sin_port = htons(port);
    
    if(bind(sockfd, (struct sockaddr*)&svr_addr, sizeof(struct sockaddr)) == -1){
        close(sockfd);
        return ERROR_SOCKET_BIND;
    }
    
    if(listen(sockfd, LISTENQ) == -1){
        close(sockfd);
        return ERROR_SOCKET_LISTEN;
    }
    
    return sockfd;
}
 
int connect_socket(char *ip, int port,int nonblock)
{
    int sockfd;
    struct sockaddr_in svr_addr;
    
    if(ip==NULL || strlen(ip)==0 || port<=0)
        return ERROR_ARGUMENT;
    
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(sockfd < 0){
        perror("socket");
        return ERROR_SOCKET_CREATE;
    }
    
    memset(&svr_addr, 0, sizeof(svr_addr));
    svr_addr.sin_family = AF_INET;
    svr_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    svr_addr.sin_port = htons(port);
 
    if(connect(sockfd, (struct sockaddr*)&svr_addr, sizeof(svr_addr)) == -1){
        perror("connect");
        close(sockfd);
        return ERROR_SOCKET_CONNECT;
    }
    if(nonblock)
        make_socket_nonblock(sockfd);
 
    return sockfd;
}

3、服务端源文件 epoll_server.c

/**
**程序描述：编写一个echo server程序，功能是客户端向服务器发送信息，服务器端接收数据后输出并原样返回给客户端，客户端接收到消息并输出到终端。
*/
#include "common.h"
 
void do_epoll(int listen_fd);
void handle_epoll_events(int epollfd, EPOLL_EVENT_T *events, int nfds, int listen_fd, char *buf);
void on_accept(int epollfd, int listen_fd);
void on_read(int epollfd, int fd, char *buf);
void on_write(int epollfd, int fd, char *buf);
 
int main(int argc, int *argv[])
{
    char svr_ip[32]={0};
    int svr_port;
    int listen_fd, nonblock=0;
    
    if(argc < 3){
        printf("ERROR: too few command-line arguments\n");
        printf("Usage: %s <svr_ip> <svr_port>\n", argv[0]);
        return -1;
    }
    strncpy(svr_ip, argv[1], strlen(argv[1]));
    svr_port = atoi(argv[2]);
    
    listen_fd = listen_socket(svr_ip, svr_port, nonblock);
    if(listen_fd < 0){
        printf("listen socket error:%d %s\n", errno, strerror(errno));
        return -2;
    }
    printf("epoll_svr listen on[%s:%d] succ\n", svr_ip, svr_port);
    do_epoll(listen_fd);
    
    printf("exit epoll_svr succ\n");
    return 0;
}
 
void do_epoll(int listen_fd)
{
    EPOLL_EVENT_T events[MAX_EVENTS];
    int epollfd, conn_fd, nfds;
    char buf[BUF_SIZE]={0};
 
    
    //创建一个epoll文件描述符
    epollfd = epoll_create(FD_SEZE);
    if(epollfd == -1){
        perror("epoll_create");
        close(listen_fd);
        return;
    }
    //添加监听描述符的读事件
    add_epoll_event(epollfd, listen_fd, EPOLLIN);
    
    for(;;){
        nfds = epoll_wait(epollfd, events, MAX_EVENTS, -1);
        if(nfds == -1){
            perror("epoll_wait");
            close(listen_fd);
            break;
        }
        handle_epoll_events(epollfd, events, nfds, listen_fd, buf);
    }
    close(epollfd);
}
 
void handle_epoll_events(int epollfd, EPOLL_EVENT_T *events, int nfds, int sockfd, char *buf)
{
    int i=0;
    int fd;
 
    //printf("nfds = %d\n", nfds);
    for(i=0; i < nfds; i++){
        fd = events[i].data.fd;
        //根据文件描述符类型和事件类型进行相应处理
        if(fd == sockfd && (events[i].events & EPOLLIN))
            on_accept(epollfd, sockfd);
        else if(events[i].events & EPOLLIN)
            on_read(epollfd, fd, buf);
        else if(events[i].events & EPOLLOUT)
            on_write(epollfd, fd, buf);
    }
}
 
void on_accept(int epollfd, int listen_fd)
{
    int conn_fd;
    struct sockaddr_in cli_addr;
    socklen_t cli_addr_len=sizeof(struct sockaddr);
    
    conn_fd = accept(listen_fd, (struct sockaddr*)&cli_addr, &cli_addr_len);
    if(conn_fd == -1){
        perror("accept");
    }
    else{
        printf("accept a new client:[%s:%d], conn_fd=%d\n", inet_ntoa(cli_addr.sin_addr), ntohs(cli_addr.sin_port), conn_fd);
        //make_socket_nonblock(conn_fd);
        add_epoll_event(epollfd, conn_fd, EPOLLIN); //添加一个客户端连接描述符的读事件
    }
}
 
void on_read(int epollfd, int fd, char *buf)
{
    int nread;
    
    nread = read(fd, buf, BUF_SIZE);
    if(nread == -1){
        perror("read");
        close(fd);
        del_epoll_event(epollfd, fd, EPOLLIN);
    }
    else if(nread == 0){
        printf("ERROR:client close\n");
        close(fd);
        del_epoll_event(epollfd, fd, EPOLLIN);
    }
    else{
        printf("recv req msg from client succ, fd=%d, msg:%s", fd, buf);
        //修改描述符对应的事件，由读改为写
        mod_epoll_event(epollfd, fd, EPOLLOUT);
    }
}
 
void on_write(int epollfd, int fd, char *buf)
{
    int nwrite;
    
    nwrite=write(fd, buf, strlen(buf));
    if(nwrite == -1){
        perror("write");
        close(fd);
        del_epoll_event(epollfd, fd, EPOLLOUT);
    }
    else{
        printf("send resp msg to client succ, fd=%d, msg:%s\n", fd, buf);
        mod_epoll_event(epollfd, fd, EPOLLIN); //将描述符对应的事件，由写改为读
    }
    memset(buf, 0, sizeof(buf));
}

4、客户端源文件 epoll_client.c

/**
**程序描述：回射程序echo客户端。客户端也要使用epoll实现对路复用，控制STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO和sockfd这三个描述符对应的事件。
STDIN_FILENO:标准输入描述符，只有一个读事件
STDOUT_FILENO:标准输出描述符，只有一个写事件
sockfd: 有两个事件，一个是读事件,即读取从服务端发送来的数据；另一个是写事件,即发送数据给服务端。需要注意的是，在同一时刻，它只能有一个事件
*/
#include "common.h"
 
void do_epoll(int sockfd);
void handle_epoll_events(int epollfd, EPOLL_EVENT_T *events, int nfds, int sockfd, char *buf);
void on_read(int epollfd, int fd, int sockfd, char *buf);
void on_write(int epollfd, int fd, int sockfd, char *buf);
 
int main(int argc, char *argv[])
{
    char svr_ip[32]={0};
    int svr_port;
    int conn_fd, nonblock=0;
    
    
    if(argc < 3){
        printf("ERROR: too few command-line arguments\n");
        printf("Usage: %s <svr_ip> <svr_port>\n", argv[0]);
        return -1;
    }
    strncpy(svr_ip, argv[1], strlen(argv[1]));
    svr_port = atoi(argv[2]);
    
    conn_fd=connect_socket(svr_ip, svr_port, nonblock);
    if(conn_fd < 0){
        printf("connect to server failed!\n", conn_fd);
        return -2;
    }
    printf("connect to server succ, sockfd=%d\n", conn_fd);
    do_epoll(conn_fd);
    
    printf("exit epoll_cli succ\n");
    return 0;
}
 
void do_epoll(int sockfd)
{
    int epollfd;
    EPOLL_EVENT_T events[MAX_EVENTS];
    int nfds;
    char buf[BUF_SIZE]={0};
 
    epollfd = epoll_create(FD_SEZE);
    add_epoll_event(epollfd, STDIN_FILENO, EPOLLIN); //注册标准输入读事件
    for(;;){
        nfds = epoll_wait(epollfd, events, MAX_EVENTS, -1);
        if(nfds == -1){
            perror("epoll_wait");
            close(sockfd);
            break;
        }
        handle_epoll_events(epollfd, events, nfds, sockfd, buf);
    }
    close(epollfd);
}
 
void handle_epoll_events(int epollfd, EPOLL_EVENT_T *events, int nfds, int sockfd, char *buf)
{
    int i, fd;
 
    //printf("nfds = %d\n", nfds);
    for(i=0; i<nfds; i++){
        fd = events[i].data.fd;
        //根据文件描述符类型和事件类型进行相应处理
        if(events[i].events & EPOLLIN)
            on_read(epollfd, fd, sockfd, buf);
        else if(events[i].events & EPOLLOUT)
            on_write(epollfd, fd, sockfd, buf);
    }
}
 
void on_read(int epollfd, int fd, int sockfd, char *buf)
{
    int nread;
    
    nread = read(fd, buf, BUF_SIZE);
    if(nread < 0){
        perror("read error");
        close(fd);
    }
    else if(nread == 0){
        printf("epoll_svr close.\n");
        close(fd);
        exit(-1);
    }
    else{
        if(fd == STDIN_FILENO){ //标准输入描述符的读事件
            printf("stdin buf=%s", buf);
            add_epoll_event(epollfd, sockfd, EPOLLOUT); //注册sockfd的写事件
        }
        else{//sockfd描述符的读事件
            del_epoll_event(epollfd, sockfd, EPOLLIN); //删除当前sockfd描述符的读事件
            add_epoll_event(epollfd, STDOUT_FILENO, EPOLLOUT); //注册标准输出写事件
        }
    }
}
 
void on_write(int epollfd, int fd, int sockfd, char *buf)
{
    int nwrite;
    
    nwrite = write(fd, buf, strlen(buf));
    if(nwrite < 0){
        perror("write error");
        close(fd);
    }
    else{
        if(fd == STDOUT_FILENO) //标准输出描述符的写事件
        {
            printf("recv resp_msg from svr, msg=%s\n", buf);
            del_epoll_event(epollfd, fd, EPOLLOUT); //删除输出描述符的写事件
        }
        else //sockfd描述符的写事件
        {
            printf("send req_msg to svr succ, msg=%s", buf);
            mod_epoll_event(epollfd, fd, EPOLLIN); //修改sockfd描述符为读事件
        }
    }
    memset(buf, 0, BUF_SIZE);
}

5、Makefile文件

#第1种方式
 
all: epoll_server epoll_client
 
epoll_server: epoll_server.o common.o
    $(LINK)
epoll_client: epoll_client.o common.o
    $(LINK)
 
%.o: %.c
    $(COMPILE)
 
#compile & link
CFLAGS += -g
COMPILE=gcc -c -g -std=gnu99 -o $@ $<
LINK=gcc -g -o $@ $^
 
clean:
    rm -rf *.o epoll_server epoll_client

6、总结分析

6.1 客户端程序分析

1、对于客户端程序而言，我们监听3个文件描述符，分别是连接服务端的sockfd，标准输入描述符STDIN_FILENO 以及 标准输出描述符STDOUT_FILENO。在 do_poll函数中，我们首先注册了标准输入描述符的读事件(EPOLLIN)，然后在for循环中，循环调用epoll_wait系统调用，handle_epoll_events是整个epoll事件表的handler函数。当我们向终端输入数据完毕的时候，就会触发标准输入描述符的读事件，从而调用读事件处理函数on_read，在on_read函数中，注册了sockfd的写事件。

2、在do_poll的for循环中，继续调用epoll_wait 和 handle_epoll_events，发现sockfd的写事件已就绪，转向调用写事件处理函数on_write。在on_write函数中，发送消息给服务端，然后修改sockfd描述符的读事件就绪，准备接收服务端发来的应答消息。

3、在do_poll的for循环中，继续调用epoll_wait 和 handle_epoll_events，发现sockfd的读事件已就绪，转向调用写事件处理函数on_write。在on_read函数中，删除当前sockfd描述符的读事件并注册标准输出描述符的写事件。之所以要删除掉sockfd的读事件，是避免其一直处于就绪状态。

4、在do_poll的for循环中，继续调用epoll_wait 和 handle_epoll_events，发现标准输出描述符的写事件已就绪，转向调用写事件处理函数on_write。在on_write函数中，输出服务端发来的应答消息并删除标准输出描述符的写事件。之所以要删除掉标准输出描述符的写事件，还是为了避免其一直处于就绪状态，具体表现就是不停地在终端打印信息。

6.2 服务端程序分析

1、对于服务端程序而言，我们监听2个文件描述符，分别是接受多个客户端连接请求的listen_fd和处理单个客户端的数据读写的conn_fd。

2、在main函数中，首先创建了监听连接请求的listen_fd文件描述符。然后在do_poll函数中，首先注册了listen_fd描述符的读事件(EPOLLIN)。在for循环中，循环调用epoll_wait系统调用和epoll事件handler函数handle_epoll_events。

3、当有客户端发起连接请求时，会触发listen_fd描述符的读事件，转向执行listen_fd的读事件处理函数on_accept。在on_accept函数中，客户端与服务端成功建立连接，并返回一个conn_fd文件描述符，然后注册这个描述符的读事件。

4、在do_poll的for循环中，继续调用epoll_wait 和 handle_epoll_events，当客户端有数据发送给服务端时，触发conn_fd的读事件，转向执行on_read函数。在on_read函数中，接收客户端发来的消息并在终端输出，然后修改conn_fd描述符为写事件就绪。如果接收到的数据大小为0，则说明连接已经断开，则关闭conn_fd描述符并删除其读事件。

5、在do_poll的for循环中，继续调用epoll_wait 和 handle_epoll_events，发现conn_fd的写事件就绪，转向执行on_write函数。在on_write函数中，发送应答消息给客户端，并修改conn_fd描述符的读事件就绪。

题外话

本epoll实例程序，本人已经在CentOS 7.6系统下测试通过了。

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持我们。