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服务器连接多客户端

news 来源：原创 2025/6/23 6:11:41

一、epoll 核心函数详解

1. `epoll_create`/`epoll_create1` - 创建 epoll 实例

#include <sys/epoll.h>
int epoll_create(int size); // Linux 2.6.8前需指定size（>=1），后续版本可忽略
int epoll_create1(int flags); // 推荐使用，支持flags参数

功能：创建一个 epoll 实例，返回文件描述符（epfd），用于管理监视的文件描述符。
参数：
- size：旧版本需指定预分配大小（无实际作用，可设为 1）。
- flags：
  - 0：与epoll_create功能相同。
  - EPOLL_CLOEXEC：使 epfd 在进程 fork 时自动关闭。
返回值：成功返回 epfd（非负整数），失败返回-1并置errno。

示例：

int epfd = epoll_create1(EPOLL_CLOEXEC); // 创建带自动关闭功能的epoll实例

2. `epoll_ctl` - 管理监视列表

int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

功能：向 epoll 实例中添加、修改或删除监视的文件描述符及其事件。
参数：
- epfd：epoll 实例的文件描述符。
- op：操作类型：
  - EPOLL_CTL_ADD：添加文件描述符fd到监视列表。
  - EPOLL_CTL_MOD：修改fd关联的事件。
  - EPOLL_CTL_DEL：从监视列表删除fd（event参数可置NULL）。
- fd：需操作的文件描述符（如套接字）。
- event：指向epoll_event结构体的指针，包含监视事件和用户数据：
  c
```
struct epoll_event {uint32_t events;       // 监视事件（如EPOLLIN、EPOLLOUT、EPOLLET）epoll_data_t data;     // 用户数据（如fd、指针等）
};
typedef union epoll_data {void        *ptr;      // 自定义指针int          fd;       // 监视的文件描述符uint32_t     u32;      // 32位整数uint64_t     u64;      // 64位整数
} epoll_data_t;
```
返回值：成功返回0，失败返回-1并置errno。

示例：

struct epoll_event event;
event.events = EPOLLIN | EPOLLET; // 边缘触发模式 + 读事件
event.data.fd = sockfd;
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, sockfd, &event); // 添加套接字到监视列表

3. `epoll_wait` - 等待事件触发

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);

功能：阻塞等待 epoll 实例中监视的文件描述符触发事件，返回激活的事件列表。
参数：
- epfd：epoll 实例的文件描述符。
- events：用于存储激活事件的结构体数组。
- maxevents：events数组的最大长度（需小于等于创建时的预分配值）。
- timeout：超时时间（ms）：
  - -1：永久阻塞，直到事件触发。
  - 0：非阻塞，立即返回。
  - >0：超时时间，到期后返回。
返回值：
- >0：激活的事件数量（events中有效元素个数）。
- 0：超时且无事件触发。
- -1：失败并置errno。

示例：

struct epoll_event events[1024];
int n = epoll_wait(epfd, events, sizeof(events)/sizeof(events[0]), -1); // 永久阻塞等待事件
for (int i = 0; i < n; i++) {int fd = events[i].data.fd;// 处理事件...
}

二、epoll 工作原理

数据结构：
- 监视列表：使用红黑树存储所有监视的文件描述符，支持快速增删改查（时间复杂度 O (logN)）。
- 激活列表：使用链表或动态数组存储当前触发事件的文件描述符，避免遍历整个红黑树。
事件触发流程：
1. 通过epoll_ctl将文件描述符添加到红黑树（监视列表）。
2. 内核监听文件描述符状态，当事件（如可读、可写）发生时，将其加入激活列表。
3. epoll_wait返回激活列表中的事件，用户空间处理后，激活列表清空。

三、LT（水平触发）与 ET（边缘触发）模式对比

特性	LT（水平触发）	ET（边缘触发）
触发条件	只要内核缓冲区有数据未读 / 未写，就持续触发事件。	仅在状态变化时触发一次事件（如数据从无到有）。
读操作	允许分多次读取，剩余数据会再次触发事件。	必须一次性读完所有数据（需配合非阻塞 I/O），否则剩余数据不再触发。
写操作	只要内核缓冲区有空间，就持续触发可写事件。	仅在缓冲区由满变空时触发一次可写事件。
编程复杂度	低，类似 select/poll，无需处理非阻塞。	高，必须使用非阻塞 I/O，避免阻塞导致事件丢失。
适用场景	简单场景、低速设备或不确定数据量的场景。	高并发、高速数据传输场景（如 Web 服务器、实时通信）。

示例配置：

// LT模式（默认，无需指定EPOLLET）
event.events = EPOLLIN; // ET模式（需显式指定EPOLLET）
event.events = EPOLLIN | EPOLLET;

四、select/poll/epoll 对比（面试重点）

特性	select	poll	epoll
数据结构	位图（数组），最大连接数受限于`FD_SETSIZE`（默认 1024）。	结构体数组，理论无连接数限制（仅受内存限制）。	红黑树 + 激活列表，支持上万级连接（如 10,000+）。
内核遍历方式	每次调用遍历所有监视的文件描述符（O (n)）。	每次调用遍历所有监视的文件描述符（O (n)）。	仅遍历激活列表中的文件描述符（O (1)~O (k)，k 为激活数）。
用户态 / 内核态数据拷贝	每次`select`需拷贝全量文件描述符到内核。	每次`poll`需拷贝全量文件描述符到内核。	仅在`epoll_ctl`时更新红黑树，`epoll_wait`无需拷贝。
触发模式	仅支持 LT 模式。	仅支持 LT 模式。	支持 LT 和 ET 模式。
跨平台性	支持（Linux/Windows/macOS）。	支持（Linux/UNIX）。	仅 Linux 支持。
适用场景	低并发、跨平台场景（如嵌入式）。	中等并发场景。	高并发、Linux 服务器场景（如 Nginx、Redis）。

五、epoll 服务器示例代码关键点（C 语言）

// 1. 创建epoll实例并设置监听套接字为非阻塞
int epfd = epoll_create1(EPOLL_CLOEXEC);
set_nonblocking(listen_fd); // 自定义函数，通过fcntl设置O_NONBLOCK// 2. 注册监听套接字到epoll（ET模式）
struct epoll_event event = {.events = EPOLLIN | EPOLLET,.data = {.fd = listen_fd}
};
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, listen_fd, &event);// 3. 处理新连接（ET模式下需循环accept直到EAGAIN）
if (fd == listen_fd) {while (1) {int connfd = accept(listen_fd, &cliaddr, &addrlen);if (connfd == -1) {if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK) break; // 无新连接perror("accept");exit(EXIT_FAILURE);}set_nonblocking(connfd); // 客户端套接字也需设为非阻塞epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, connfd, &event); // 注册读事件（ET模式）}
}// 4. 处理读事件（ET模式下需循环recv直到EAGAIN）
else {char buf[BUFFER_SIZE];while (1) {ssize_t n = recv(fd, buf, sizeof(buf), 0);if (n == -1) {if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK) break; // 数据读完perror("recv");close(fd);epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, fd, NULL);break;} else if (n == 0) { // 客户端关闭连接close(fd);epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, fd, NULL);break;}// 处理数据...}
}

六、总结

epoll 优势：
- 高并发：基于红黑树和激活列表，适合管理上万级连接。
- 高性能：事件通知复杂度 O (1)，减少 CPU 消耗。
- 灵活性：支持 LT/ET 模式，适配不同场景。
使用建议：
- 高并发服务器首选 epoll，配合 ET 模式和非阻塞 I/O。
- 简单场景或跨平台需求使用 select/poll。
- 注意设置文件描述符非阻塞，避免 ET 模式下的数据丢失。

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