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2.1 网络编程 异步网络库zvnet

news 2026/5/12 19:43:04

2.1.1 网络io与io多路复用select/poll/epoll

1. 搭建一个简单的服务端

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <string.h> #include <errno.h> int main() { // 1. create socket int listenFd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); struct sockaddr_in serverAddr; serverAddr.sin_family = AF_INET; serverAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); serverAddr.sin_port = htons(2000); // 2. bind socket int flag = bind(listenFd, (struct sockaddr *)&serverAddr, sizeof(serverAddr)); if (-1 == flag) { printf("bind error: %s\n", strerror(errno)); return -1; } // 3. listen listen(listenFd, 10); struct sockaddr_in clientAddr; int len = sizeof(clientAddr); int clientFd; char buff[1024]; while(1) { memset(buff, 0, sizeof(buff)); // 4. accept client connection clientFd = accept(listenFd,(struct sockaddr*)&clientAddr,&len); // 5. recv data from client recv(clientFd, buff, sizeof(buff), 0); printf("recv data: %s\n", buff); // 6. send data to client memset(buff, 0, sizeof(buff)); sprintf(buff, "hello client, I have received your data"); send(clientFd, buff, strlen(buff), 0); close(clientFd); } close(listenFd); return 0; }

上述代码可以循环的接收客户端连接，并且每一个客户端拥有一次和服务端收发数据的过程。但是有一个致命的确定，比如client1 client2 client3依此连接到服务端（先连接不发数据），此时会出现什么情况呢？如果我client3 client2 client1依此给server发消息，但只有当client1发出消息之后，client3和client2才会收到消息。

分析原因：client1 client2 client3依此连接到服务端时，程序阻塞在recv上，那么其他的client只有三次握手成功，并且阻塞在TCP队列上，并不能建立tcp连接。

2. 改用多线程的方式

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <string.h> #include <errno.h> #include <bits/pthreadtypes.h> void handle_task(void* arg) { int clientFd = *(int*)arg; char buff[1024]; memset(buff, 0, sizeof(buff)); while(1) { memset(buff, 0, sizeof(buff)); int count = recv(clientFd, buff, sizeof(buff), 0); printf("recv data: %s\n", buff); if(0 == count) { printf("client closed connection\n"); break; } memset(buff, 0, sizeof(buff)); sprintf(buff, "hello client, I have received your data"); send(clientFd, buff, strlen(buff), 0); } close(clientFd); } int main() { // 1. create socket int listenFd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); struct sockaddr_in serverAddr; serverAddr.sin_family = AF_INET; serverAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); serverAddr.sin_port = htons(2000); // 2. bind socket int flag = bind(listenFd, (struct sockaddr *)&serverAddr, sizeof(serverAddr)); if (-1 == flag) { printf("bind error: %s\n", strerror(errno)); return -1; } // 3. listen listen(listenFd, 10); struct sockaddr_in clientAddr; int len = sizeof(clientAddr); int clientFd; char buff[1024]; static int count = 0; #if 0 while(1) { memset(buff, 0, sizeof(buff)); // 4. accept client connection clientFd = accept(listenFd,(struct sockaddr*)&clientAddr,&len); printf("accept client connection, count: %d\n", ++count); // 5. recv data from client recv(clientFd, buff, sizeof(buff), 0); printf("recv data: %s\n", buff); // 6. send data to client memset(buff, 0, sizeof(buff)); sprintf(buff, "hello client, I have received your data"); send(clientFd, buff, strlen(buff), 0); close(clientFd); } #elif 1 // with multi thread while(1) { // 4. accept client connection clientFd = accept(listenFd,(struct sockaddr*)&clientAddr,&len); pthread_t thid; pthread_create(&thid, NULL, (void *)handle_task, (void *)&clientFd); } #endif close(listenFd); return 0; }

上述代码在不断开tcp连接时候可以一直进行通信。

弊端：1.如果tcp连接“占着茅坑不拉屎”，那么是对server资源的一种浪费。

这里要明确一个概念，网络IO和Tcp连接。① 只要完成3次握手，即可建立tcp连接，但是只有通过accept获得fd才能进行IO通信； ② accept有一个建立连接的队列，accept是从队列中获取fd的，如果fd在队列里面，那么说明三次握手成功 = 建立tcp连接，如果队列满了，那么无法三次握手成功，只能等着。

3. select的方式（I/O多路复用）

多路复用的意思就是在一个线程中，既能够处理监听事件，又能处理i/o事件

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <string.h> #include <errno.h> #include <bits/pthreadtypes.h> #include <unistd.h> #include <sys/select.h> #define PORT 2001 int main() { // 1. create socket int listenFd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); struct sockaddr_in serverAddr; serverAddr.sin_family = AF_INET; serverAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); serverAddr.sin_port = htons(PORT); // 2. bind socket int flag = bind(listenFd, (struct sockaddr *)&serverAddr, sizeof(serverAddr)); if (-1 == flag) { printf("bind error: %s\n", strerror(errno)); return -1; } // 3. listen listen(listenFd, 10); struct sockaddr_in clientAddr; int len = sizeof(clientAddr); char buff[1024]; // 定义两个文件描述符集合，rfds是总的，rset是临时的 fd_set rfds, rset; FD_ZERO(&rfds); FD_SET(listenFd, &rfds); // 将listenFd放到文件描述符集合中 int maxFd = listenFd; while (1) { rset = rfds; /* param1: select要检查的范围（由于从0开始，所以 + 1） param2: 监听read event param3：监听write event param4：监听exception event param4：是否设置超时时间 */ int nready = select(maxFd + 1, &rset, NULL, NULL, NULL); // 检查是否是listenFd是可读状态，如果可读，则说明有新的连接进来了 if(FD_ISSET(listenFd, &rset)) { int clientFd = accept(listenFd, (struct sockaddr*)&clientAddr, &len); printf("accept finshed: %d\n", clientFd); // 将新连接加到fd集合中 FD_SET(clientFd, &rfds); if(clientFd > maxFd) maxFd = clientFd; } // 遍历除了监听集合外的fd是否是可读状态 for (size_t i = listenFd + 1; i < maxFd + 1; i++) { if(FD_ISSET(i, &rset)) { printf("%ld:\n",i); char buffer[1024] = {0}; int count = recv(i, buffer, 1024, 0); printf("buffer:%s\n",buffer); if (count == 0) // disconnect { printf("client disconnect: %ld\n", i); close(i); FD_CLR(i, &rfds); continue; } } } } close(listenFd); return 0; }

注：

① FD_SET(fd,&rfds)，fd_set是一个bit位的数组，比如bit arr[1024]，就是每一个格子存一个bit位，fd是几久存到对应格子的第几位，比如fd是45，则在arr[45]

② 为啥select返回之后会有一个if和一个for循环呢？如果select返回了，有可能是listenFd被激活了，也有可能是被监听的连接active了，那么select返回了，则就存在两种情况，也可能两种情况同时存在。所以第一个if是判断是否是listenFd被激活，被激活说明有新的连接，要将新连接放到rfds中等待被监听；然后for循环就是遍历剩下被监听的clientFd是否有数据来了。

③ select中的第一个参数必须是maxFd + 1，不然监听不到linstenFd，因为fd是从0开始的。

4. poll的方式（I/O多路复用）

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <string.h> #include <errno.h> #include <bits/pthreadtypes.h> #include <unistd.h> #include <sys/select.h> #include <poll.h> #define PORT 2001 int main() { // 1. create socket int listenFd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); struct sockaddr_in serverAddr; serverAddr.sin_family = AF_INET; serverAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); serverAddr.sin_port = htons(PORT); // 2. bind socket int flag = bind(listenFd, (struct sockaddr *)&serverAddr, sizeof(serverAddr)); if (-1 == flag) { printf("bind error: %s\n", strerror(errno)); return -1; } // 3. listen listen(listenFd, 10); struct sockaddr_in clientAddr; int len = sizeof(clientAddr); char buff[1024]; struct pollfd fds[1024] = { 0 }; fds[listenFd].fd = listenFd; fds[listenFd].events = POLLIN; int maxFd = listenFd; while ( 1 ) { int nReady = poll(fds, maxFd + 1, -1); if(fds[listenFd].revents & POLLIN) { // listenFd可读，将新的fd加入到监听中 printf("have new connect...\n"); int clientFd = accept(listenFd,(struct sockaddr*)&clientAddr,&len); fds[clientFd].fd = clientFd; fds[clientFd].events = POLLIN; if(clientFd > maxFd) maxFd = clientFd; } for (size_t i = listenFd + 1; i < maxFd + 1; i++) { if(fds[i].revents & POLLIN) { // clientFd可读 char buf[1024] = { 0 }; int count = recv(i, buf, sizeof(buf), 0); if(count == 0) { // 关闭clientFd，并移出监听 printf("client disconnect: %ld\n", i); close(i); fds[i].fd = -1; fds[i].events = 0; continue; } else { printf("收到的消息:%s\n",buf); } } } } close(listenFd); return 0; }

注：

① 这里的event有多种状态，POLLIN表示监听读事件，这里为啥要用fds[clientFd].revents和POLLIN做运算呢，因为revents有多种状态，有可读可写异常等等，那么POLLIN是0X0001，如果revents的最后一位是被触发状态，那么说明该event是可读状态。

总结：select和poll

① select和poll都是循环遍历的做法，在select或者poll的时候，会将整个数组从用户空间拷贝到内核空间进行遍历，如果被触发则从内核空间拷贝出来

② 适合io较少的时候使用

③ select在linux2.4之前，因为没有poll和epoll，所以有poll用poll，没有poll用select

5. epoll的方式（I/O多路复用）

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <string.h> #include <errno.h> #include <bits/pthreadtypes.h> #include <unistd.h> #include <sys/select.h> #include <poll.h> #include <sys/epoll.h> #define PORT 2001 int main() { // 1. create socket int listenFd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); struct sockaddr_in serverAddr; serverAddr.sin_family = AF_INET; serverAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); serverAddr.sin_port = htons(PORT); // 2. bind socket int flag = bind(listenFd, (struct sockaddr *)&serverAddr, sizeof(serverAddr)); if (-1 == flag) { printf("bind error: %s\n", strerror(errno)); return -1; } // 3. listen listen(listenFd, 10); struct sockaddr_in clientAddr; int len = sizeof(clientAddr); char buff[1024]; // 1是参数,兼容老版本，系统遗留问题,但参数必须大于0 int epfd = epoll_create(1); struct epoll_event ev; ev.data.fd = listenFd; ev.events = EPOLLIN; epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, listenFd, &ev); while ( 1 ) { /* code */ struct epoll_event events[1024] = { 0 }; int nReady = epoll_wait(epfd, events, 1024, -1); for (size_t i = 0; i < nReady; i++) { /* code */ if(events[i].data.fd == listenFd) { int clientFd = accept(listenFd,(struct sockaddr*)&clientAddr,&len); struct epoll_event clientEv; clientEv.data.fd = clientFd; clientEv.events = EPOLLIN; printf("accept finshed: %d\n", clientFd); epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, clientFd, &clientEv); continue; } else if(events[i].events & EPOLLIN) { char buffer[1024] = {0}; int count = recv(events[i].data.fd, buffer, 1024, 0); if(count == 0) { printf("client disconnect: %d\n", events[i].data.fd); epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, events[i].data.fd, NULL); close(events[i].data.fd); continue; } printf("recv: %s\n", buffer); count = send(events[i].data.fd, buffer, count, 0); printf("send: %d\n", count); } } } close(listenFd); return 0; }

注：

① epoll底层是通过红黑树 + 双向链表构成的，首先红黑树监听事件，如果有事件被激活，双向链表指向被激活的节点上去，然后将链表中数据拷贝到用户空间中，epoll_wait返回值nReady表示拷贝的数量。

总结select、poll、epoll

select：底层用的fd_set位图数组来管理是否有事件处于被激活状态，通过FD_ISSET来查看是否被激活，通过FD_SET来增加监听的fd，通过FD_CLR来删除被监听的事件。位图大小是系统固定，一般是1024大小，意思是被监听的数组大小最多只有1024，是有限的。

poll：用户自己创建struct pollfd fds[] 数组来做的，通过fds[i].revent & POLLIN来判断是否是被触发可读状态，通过fds[i].data.fd = clientFd，fds[i].event=EPOLLIN来设置监听的事件，通过fds[i].data.fd = -1，fds[i].event=0来取消。被监听的数量按理论是和硬件相关的，没有个数限制。

epoll：epoll底层是通过红黑树 + 双向链表构成的，首先红黑树监听事件，如果有事件被激活，双向链表指向被激活的节点上去，然后将链表中数据拷贝到用户空间中。首先"创建一个红黑树"，epoll_create(unsiged int i)，返回值是一个int epfd，epfd相当于通过这个文件描述符去操控红黑树；增加一个监听事件，epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, clientFd, &clientEv);，删除一个监听事件，epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, events[i].data.fd, NULL);

6. reactor百万并发

http://www.jsqmd.com/news/483567/

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