網絡編程-----服務器（多路復用IO 和 TCP并發模型）

一、單循環服務器模型

1. 核心特征
while(1){newfd = accept();recv();close(newfd);}
2. 典型應用場景
  • HTTP短連接服務（早期Apache）
  • CGI快速處理
  • 簡單測試服務器
3. 綜合代碼
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>	       /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h> /* superset of previous */
#include <arpa/inet.h>
#include <strings.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>int main(int argc, const char *argv[])
{if (argc != 3){printf("Usage: %s <port> <ip>\n",argv[0]);return -1;}//1.socket 創建通信一端 int fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if (fd < 0){perror("socket fail\n");return -1;}struct sockaddr_in seraddr;bzero(&seraddr,sizeof(seraddr));seraddr.sin_family = AF_INET;seraddr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[2]);printf("fd = %d\n",fd);//2.bind -- 綁定服務器端的地址信息 if (bind(fd,(const struct sockaddr*)&seraddr,sizeof(seraddr)) < 0){perror("connect fail");return -1;}printf("connect success!\n");//3.listen -- 設置監聽 if (listen(fd,5) < 0){perror("listen fail");return -1;}while (1){//4.acceptint connfd = accept(fd,NULL,NULL);if (connfd < 0){perror("accept fail");return -1;}printf("----client --- connectted\n");char buf[1024];char sbuf[1024];while (1){recv(connfd,buf,sizeof(buf),0);printf("c: %s\n",buf);if (strncmp(buf,"quit",4) == 0){close(connfd);break;}sprintf(sbuf,"server + %s\n",buf);send(connfd,sbuf,strlen(sbuf)+1,0);}}close(fd);return 0;
}
4. 優缺點分析
優點缺點
實現簡單無法處理并發請求
無資源競爭問題長連接會阻塞后續請求
適合低負載場景吞吐量低（QPS < 100）

二、多進程并發模型

1. 核心實現
while(1) {int newfd = accept(listen_fd, ...);pid_t pid = fork();if (pid == 0) {  // 子進程close(listen_fd);handle_connection(newfd);close(newfd);exit(0);} else if (pid > 0) {  // 父進程close(newfd);waitpid(-1, NULL, WNOHANG);  // 非阻塞回收}
}
2. 進程管理優化
// 使用信號處理避免僵尸進程
signal(SIGCHLD, SIG_IGN);  // 忽略子進程結束信號// 或使用waitpid循環
while (waitpid(-1, NULL, WNOHANG) > 0);
3. 典型應用
  • 傳統Apache的prefork模式
  • FTP服務器
  • 數據庫連接池
4. 資源消耗對比
資源類型進程創建開銷示例系統調用
內存需要復制整個PCBfork()
CPU上下文切換成本高schedule()
文件描述符需要顯式關閉繼承的fdclose()
5. 優缺點分析
優點缺點
可以完成多個進程的實時交互回收資源不方便
信息的完整性可以保證。每次fork 占用系統資源多
適合低負載場景可能出現僵尸進程

6. 綜合代碼

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>	       /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h> /* superset of previous */
#include <arpa/inet.h>
#include <strings.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <sys/wait.h>void handler(int signo)
{wait(NULL);
}int init_server(const char *ip,unsigned short port)
{//1.socket 創建通信一端 int fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if (fd < 0){perror("socket fail\n");return -1;}struct sockaddr_in seraddr;bzero(&seraddr,sizeof(seraddr));seraddr.sin_family = AF_INET;seraddr.sin_port = htons(port);seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);//2.bind -- 綁定服務器端的地址信息 if (bind(fd,(const struct sockaddr*)&seraddr,sizeof(seraddr)) < 0){perror("connect fail");return -1;}//3.listen -- 設置監聽 if (listen(fd,5) < 0){perror("listen fail");return -1;}return fd;
}int client_handler(int connfd)
{char buf[1024];char sbuf[1024];int ret = 0;while (1){ret = recv(connfd,buf,sizeof(buf),0);if (ret < 0){perror("client_handler recv fail");ret = -1;}printf("c: %s\n",buf);if (strncmp(buf,"quit",4) == 0){close(connfd);ret = 1;break;}sprintf(sbuf,"server + %s\n",buf);ret = send(connfd,sbuf,strlen(sbuf)+1,0);if (ret < 0){perror("client_handler send fail");ret = -1;}}return ret;}int main(int argc, const char *argv[])
{if (argc != 3){printf("Usage: %s <ip> <port>\n",argv[0]);return -1;}signal(SIGCHLD,handler);int fd = init_server(argv[1],atoi(argv[2]));if (fd < 0){printf("init_server fail\n");return -1;}while (1){//4.acceptint connfd = accept(fd,NULL,NULL);if (connfd < 0){perror("accept fail");return -1;}pid_t pid = fork();if (pid < 0){perror("fork fail");return -1;}if (pid == 0){int ret = 0;if ((ret = client_handler(connfd)) < 0){printf("client_handler fail");return -1;}if (ret == 1){printf("child exit...\n");exit(EXIT_SUCCESS);}}}close(fd);return 0;
}

三、多線程并發模型

1. 核心實現（POSIX線程）
while(1) {int newfd = accept(listen_fd, ...);pthread_t tid;pthread_create(&tid, NULL, thread_handler, (void*)newfd);pthread_detach(tid);  // 分離線程自動回收
}void* thread_handler(void* arg) {int fd = (int)arg;// 處理請求close(fd);return NULL;
}
2. 線程安全控制
// 使用互斥鎖保護共享資源
pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;void safe_write(int fd, const char* data) {pthread_mutex_lock(&lock);write(fd, data, strlen(data));pthread_mutex_unlock(&lock);
}
3. 典型應用
  • Java Tomcat
  • IIS應用池
  • 實時通信服務器
4. 性能指標對比
指標進程模型線程模型
創建速度慢（10-100ms）快（0.1-1ms）
上下文切換成本高（切換頁表等）低（共享地址空間）
內存占用高（獨立資源）低（共享資源）
5. 優缺點分析
優點缺點
可以完成多個進程的實時交互線程共享進程資源
創建速度快，調度快穩定性 較差
適合低負載場景安全性 較差?

6. 綜合代碼

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/types.h>	       /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h> /* superset of previous */
#include <arpa/inet.h>
#include <strings.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <sys/wait.h>
#include <errno.h>int init_server(const char *ip,unsigned short port)
{//1.socket 創建通信一端 int fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if (fd < 0){perror("socket fail\n");return -1;}struct sockaddr_in seraddr;bzero(&seraddr,sizeof(seraddr));seraddr.sin_family = AF_INET;seraddr.sin_port = htons(port);seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);//2.bind -- 綁定服務器端的地址信息 if (bind(fd,(const struct sockaddr*)&seraddr,sizeof(seraddr)) < 0){perror("connect fail");return -1;}//3.listen -- 設置監聽 if (listen(fd,5) < 0){perror("listen fail");return -1;}return fd;
}void* client_handler(void *arg)
{int connfd = *(int *)arg;char buf[1024];char sbuf[1024];long int ret = 0;while (1){ret = recv(connfd,buf,sizeof(buf),0);if (ret < 0){perror("client_handler recv fail");ret = -1;}printf("c: %s\n",buf);if (strncmp(buf,"quit",4) == 0){close(connfd);ret = 1;break;}sprintf(sbuf,"server + %s\n",buf);ret = send(connfd,sbuf,strlen(sbuf)+1,0);if (ret < 0){perror("client_handler send fail");ret = -1;}}return (void*)ret;}int main(int argc, const char *argv[])
{if (argc != 3){printf("Usage: %s <ip> <port>\n",argv[0]);return -1;}int fd = init_server(argv[1],atoi(argv[2]));if (fd < 0){printf("init_server fail\n");return -1;}while (1){//4.acceptint connfd = accept(fd,NULL,NULL);if (connfd < 0){perror("accept fail");return -1;}pthread_t tid;int ret = pthread_create(&tid,NULL,client_handler,&connfd);if(ret != 0){errno = ret;perror("pthread_create fail");return -1;}pthread_detach(tid);//設置分離屬性,由系統回收資源}close(fd);return 0;
}

四、并發的服務器模型 ---更高程度上的并發?

（一）fcntl?函數與 I/O 模型詳解

1. 函數原型
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );
2. 主要操作類型
命令功能描述參數要求
F_DUPFD復制文件描述符指定最小可用fd值
F_GETFD/F_SETFD獲取/設置文件描述符標志標志值
F_GETFL/F_SETFL獲取/設置文件狀態標志新標志值
F_GETOWN/F_SETOWN獲取/設置異步I/O所有權進程ID或組ID

（二）非阻塞I/O設置示例

1. 設置流程
int flag = fcntl(connfd,F_GETFL,0);flag = flag | O_NONBLOCK;fcntl(connfd,F_SETFL,flag);
2. 行為變化對比
操作阻塞模式非阻塞模式
read()阻塞直到數據到達立即返回，無數據時返回EAGAIN
write()阻塞直到緩沖區空間可用立即返回，空間不足返回EAGAIN
accept()阻塞直到有新連接立即返回，無連接時返回EAGAIN

（三）I/O 模型對比

1. 阻塞I/O模型
2. 非阻塞I/O模型

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>	       /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h> /* superset of previous */
#include <arpa/inet.h>
#include <strings.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>#include <fcntl.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{if (argc != 3){printf("Usage: %s <port> <ip>\n",argv[0]);return -1;}//1.socket 創建通信一端 int fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if (fd < 0){perror("socket fail\n");return -1;}struct sockaddr_in seraddr;bzero(&seraddr,sizeof(seraddr));seraddr.sin_family = AF_INET;seraddr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[2]);printf("fd = %d\n",fd);//2.bind -- 綁定服務器端的地址信息 if (bind(fd,(const struct sockaddr*)&seraddr,sizeof(seraddr)) < 0){perror("connect fail");return -1;}printf("connect success!\n");//3.listen -- 設置監聽 if (listen(fd,5) < 0){perror("listen fail");return -1;}while (1){//4.acceptint connfd = accept(fd,NULL,NULL);if (connfd < 0){perror("accept fail");return -1;}printf("----client --- connectted\n");char buf[1024];char sbuf[1024];int flag = fcntl(connfd,F_GETFL,0);flag = flag | O_NONBLOCK;fcntl(connfd,F_SETFL,flag);while (1){recv(connfd,buf,sizeof(buf),0);printf("c: %s\n",buf);if (strncmp(buf,"quit",4) == 0){close(connfd);break;}sprintf(sbuf,"server + %s\n",buf);send(connfd,sbuf,strlen(sbuf)+1,0);}}close(fd);return 0;
}

（四）信號驅動 I/O 詳解

1. 設置異步標志
// 獲取當前文件狀態標志
int flags = fcntl(fd, F_GETFL);
if (flags == -1) {perror("fcntl F_GETFL");exit(EXIT_FAILURE);
}// 添加異步I/O標志
if (fcntl(fd, F_SETFL, flags | O_ASYNC) == -1) {perror("fcntl F_SETFL");exit(EXIT_FAILURE);
}
2. 指定信號接收者
// 設置當前進程為信號接收者
if (fcntl(fd, F_SETOWN, getpid()) == -1) {perror("fcntl F_SETOWN");exit(EXIT_FAILURE);
}
3. 注冊信號處理函數
// 更安全的sigaction替代signal
struct sigaction sa;
sa.sa_flags = SA_RESTART;
sa.sa_handler = sigio_handler;
sigemptyset(&sa.sa_mask);if (sigaction(SIGIO, &sa, NULL) == -1) {perror("sigaction");exit(EXIT_FAILURE);
}
4. 基本處理邏輯
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>int g_fd;void handler(int signo)
{char buf[1024];read(g_fd,buf,sizeof(buf));if (strncmp(buf,"quit",4) == 0)return;printf("buf = %s\n",buf);}int main(int argc, const char *argv[])
{if (mkfifo(argv[1],0666) < 0 && errno != EEXIST){perror("mkfifo fail");return -1;}printf("mkfifo success\n");int fd = open(argv[1], O_RDONLY);if (fd < 0){perror("open fail");return -1;}g_fd = fd;int flag = fcntl(fd,F_GETFL,0);flag = flag | O_ASYNC;//設置為異步通信fcntl(fd,F_SETFL,flag);fcntl(fd,F_SETOWN,getpid());//所有者signal(SIGIO,handler);int i = 0;while (1){printf("i = %d\n",i);sleep(1);++i;}close(fd);return 0;
}
5.核心局限性分析
問題類型具體表現解決思路
信號合并快速連續信號可能被合并使用實時信號（SIGRTMIN+）
多fd區分困難無法直接判斷哪個fd觸發信號每個fd綁定不同信號（不現實）
異步安全限制信號處理函數中操作受限僅設置標志，主循環處理
性能瓶頸高頻率信號導致CPU占用高配合epoll使用

（五）select?函數詳解

一、函數原型與參數解析

#include <sys/select.h>int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
參數說明
參數類型說明
nfdsint監控的文件描述符最大值 +1（優化內核檢查范圍）
readfdsfd_set*監控可讀事件的描述符集合（可NULL）
writefdsfd_set*監控可寫事件的描述符集合（可NULL）
exceptfdsfd_set*監控異常事件的描述符集合（可NULL）
timeouttimeval*超時時間：<br>? NULL：阻塞等待<br>? 0：立即返回<br>? 正數：定時等待
返回值
  • 成功：返回就緒的文件描述符總數（可能為0）
  • 失敗：返回-1并設置errno
  • 超時：返回0

二、核心操作宏

宏功能示例
FD_ZERO清空描述符集合FD_ZERO(&read_fds);
FD_SET添加描述符到集合FD_SET(sockfd, &read_fds);
FD_CLR從集合中移除描述符FD_CLR(sockfd, &read_fds);
FD_ISSET檢測描述符是否在集合中if(FD_ISSET(sockfd, &read_fds))

三、典型使用流程

1. 初始化描述符集合
fd_set read_fds;
FD_ZERO(&read_fds);
FD_SET(listen_fd, &read_fds);
int max_fd = listen_fd;
2. 等待事件就緒
struct timeval tv = {5, 0}; // 5秒超時
fd_set tmp_fds = read_fds;int ready = select(max_fd + 1, &tmp_fds, NULL, NULL, &tv);
if (ready == -1) {if (errno == EINTR) continue; // 處理信號中斷perror("select error");break;
} else if (ready == 0) {printf("Timeout\n");continue;
}
3. 處理就緒事件
for (int fd = 0; fd <= max_fd; fd++) {if (FD_ISSET(fd, &tmp_fds)) {if (fd == listen_fd) {// 處理新連接int new_fd = accept(listen_fd, ...);FD_SET(new_fd, &read_fds);max_fd = (new_fd > max_fd) ? new_fd : max_fd;} else {// 處理客戶端數據ssize_t n = read(fd, ...);if (n <= 0) {close(fd);FD_CLR(fd, &read_fds);}}}
}

四、關鍵注意事項

  1. 集合重用問題
    select返回后，集合會被修改為就緒的fd集合，每次調用前必須重新初始化：

    fd_set tmp_fds = read_fds; // 使用臨時集合

  2. 超時時間重置
    timeout參數會被修改為剩余時間，循環調用時需要重新設置：

    struct timeval tv = {5, 0};
while(1) {select(..., &tv);tv.tv_sec = 5; // 必須重置
}

  3. 最大fd限制
    受FD_SETSIZE限制（通常1024），超出會導致未定義行為

  4. 性能問題
    每次調用需要從用戶態復制整個fd_set到內核態，時間復雜度O(n)

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{if (mkfifo(argv[1],0666) < 0 && errno != EEXIST){perror("mkfifo fail");return -1;}printf("mkfifo success\n");int fd = open(argv[1], O_RDONLY);if (fd < 0){perror("open fail");return -1;}char buf[1024] = {0};//1.建表fd_set readfds;FD_ZERO(&readfds);//2.添加要關心的fdFD_SET(0,&readfds);FD_SET(fd,&readfds);//3.select函數監控fd_set backfds;struct timeval tv = {5,0};while(1){backfds = readfds;//每次循環回來拿到的都是最原始數據int nfds = fd + 1;//因為另一個是0,所以最大也就是ｆｄint ret = select(nfds,&backfds,NULL,NULL,&tv);if(ret < 0){perror("select fail");return -1;}if(ret > 0){for(int i = 0;i < nfds;i++)//也可以是1024,但沒必要 {if(FD_ISSET(i,&backfds)){if(i == 0){fgets(buf,sizeof(buf),stdin);if (strncmp(buf,"quit",4) == 0)break;printf("buf = %s\n",buf);}else if(i == fd){read(fd,buf,sizeof(buf));if (strncmp(buf,"quit",4) == 0)break;printf("buf = %s\n",buf);}}}}}close(fd);return 0;
}

可以從客戶端讀取數據，也可以自身從鍵盤輸入

tcp多客戶端連接到服務器

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>	       /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h> /* superset of previous */
#include <arpa/inet.h>
#include <strings.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/select.h>int main(int argc, const char *argv[])
{if (argc != 3){printf("Usage: %s <port> <ip>\n",argv[0]);return -1;}//1.socket 創建通信一端 int fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if (fd < 0){perror("socket fail\n");return -1;}struct sockaddr_in seraddr;bzero(&seraddr,sizeof(seraddr));seraddr.sin_family = AF_INET;seraddr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[2]);printf("fd = %d\n",fd);//2.bind -- 綁定服務器端的地址信息 if (bind(fd,(const struct sockaddr*)&seraddr,sizeof(seraddr)) < 0){perror("connect fail");return -1;}printf("connect success!\n");//3.listen -- 設置監聽 if (listen(fd,5) < 0){perror("listen fail");return -1;}//1.準備表 fd_set readfds;FD_ZERO(&readfds);//2.添加要監控的fdFD_SET(fd,&readfds);int connfd = 0;fd_set backfds;int i = 0;int nfds = fd + 1;while (1){backfds = readfds;int ret = select(nfds,&backfds,NULL,NULL,NULL);if (ret < 0){perror("select fail");return -1;}if (ret > 0){for (i = 0; i < nfds; ++i){if (FD_ISSET(i,&backfds)){if (i == fd){//4.acceptconnfd = accept(fd,NULL,NULL);if (connfd < 0){perror("accept fail");return -1;}FD_SET(connfd,&readfds);nfds = nfds > connfd + 1 ? nfds:connfd + 1;}else {char buf[1024];char sbuf[1024];recv(i,buf,sizeof(buf),0);printf("c: %s\n",buf);if (strncmp(buf,"quit",4) == 0){	close(i);FD_CLR(i,&readfds); }sprintf(sbuf,"server + %s\n",buf);send(i,sbuf,strlen(sbuf)+1,0);}}}}}close(fd);return 0;
}

并發模型對比

模型實現方式優點缺點
多進程fork()隔離性好資源消耗大
多線程pthread_create()資源共享高效同步復雜度高
I/O多路復用select/poll/epoll高并發低開銷編程復雜度較高
信號驅動SIGIO+fcntl實時性好信號處理復雜
異步I/Oaio_*系列函數真正的異步操作系統支持不統一

（六）epoll?

一、核心函數解析

1.?epoll_create：創建 epoll 實例
#include <sys/epoll.h>
int epoll_create(int size);
  • 參數：
    • size：內核初始分配數據結構的建議值（Linux 2.6.8+ 后忽略，但需 > 0）
  • 返回值：
    • 成功：epoll 文件描述符 (epfd)
    • 失敗：-1，設置?errno
  • 注意：
    • 需手動調用?close(epfd)?釋放資源
    • 典型用法：epoll_create1(0)（更推薦，支持?EPOLL_CLOEXEC?標志）
2.?epoll_ctl：管理監控列表
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

  • 操作類型?(op)：

    操作說明
    EPOLL_CTL_ADD添加 fd 到監控列表（重復添加報?EEXIST?錯誤）
    EPOLL_CTL_MOD修改已注冊 fd 的事件（未注冊的 fd 報?ENOENT?錯誤）
    EPOLL_CTL_DEL從監控列表刪除 fd（內核會忽略 event 參數）

  • 事件結構：

    struct epoll_event {uint32_t     events;  // 監控的事件類型（位掩碼）epoll_data_t data;    // 用戶數據（可攜帶 fd、指針等）
};typedef union epoll_data {void    *ptr;int      fd;uint32_t u32;uint64_t u64;
} epoll_data_t;
3.?epoll_wait：等待事件就緒
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);
  • 參數：
    • events：輸出參數，存儲就緒事件數組
    • maxevents：最多返回的事件數量（需 ≤ 數組長度）
    • timeout：超時時間（ms），-1 表示阻塞，0 表示立即返回
  • 返回值：
    • 成功：就緒事件數量
    • 超時：0
    • 錯誤：-1，設置?errno

二、事件類型與觸發模式

1.?基礎事件類型
事件類型說明
EPOLLIN數據可讀（包括對端關閉）
EPOLLOUT數據可寫（注意：可能觸發虛假就緒）
EPOLLRDHUP對端關閉連接或關閉寫方向（需內核 ≥ 2.6.17）
EPOLLPRI緊急數據可讀（如 TCP 帶外數據）
EPOLLERR錯誤條件（自動監控，無需手動設置）
EPOLLHUP掛起（如管道對端關閉，自動監控）
2.?高級控制標志
標志說明
EPOLLET邊沿觸發模式（默認水平觸發 LT）
EPOLLONESHOT單次觸發，事件處理后需用?EPOLL_CTL_MOD?重新激活

三、觸發模式對比

特性水平觸發 (LT)邊沿觸發 (ET)
觸發條件只要緩沖區有數據/空間就會觸發僅在緩沖區狀態變化時觸發一次
數據讀取可部分讀取，下次仍會觸發必須一次性讀取到?EAGAIN
性能適合低頻大塊數據適合高頻高并發場景
實現復雜度簡單需配合非阻塞 I/O 和循環讀寫
適用場景簡單交互、文件傳輸實時通信、高并發服務器

實例：

基于 epoll 的簡單 TCP 服務器，可以同時處理多個客戶端連接

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>	       /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h> /* superset of previous */
#include <arpa/inet.h>
#include <strings.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/epoll.h>// 將文件描述符添加到 epoll 實例中
int add_fd(int epfd,int fd)
{struct epoll_event ev;ev.events = EPOLLIN;// 監聽可讀事件ev.data.fd = fd;// 設置文件描述符if(epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,fd,&ev) < 0){perror("epoll_ctl fail");return -1;}return 0;
}
// 從 epoll 實例中刪除文件描述符
int del_fd(int epfd,int fd)
{struct epoll_event ev;ev.events = EPOLLIN;ev.data.fd = fd;if(epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_DEL,fd,&ev) < 0){perror("epoll_ctl fail");return -1;}return 0;
}int main(int argc, const char *argv[])
{if (argc != 3){printf("Usage: %s <port> <ip>\n",argv[0]);return -1;}//1.socket 創建通信一端 int fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if (fd < 0){perror("socket fail\n");return -1;}struct sockaddr_in seraddr;bzero(&seraddr,sizeof(seraddr));seraddr.sin_family = AF_INET;seraddr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[2]);//2.bind -- 綁定服務器端的地址信息 if (bind(fd,(const struct sockaddr*)&seraddr,sizeof(seraddr)) < 0){perror("connect fail");return -1;}printf("connect success!\n");//3.listen -- 設置監聽 if (listen(fd,5) < 0){perror("listen fail");return -1;}//1.準備表 int epfd = epoll_create(2);if(epfd < 0){perror("epoll_create fail");return -1;}//2.添加要監控的fdadd_fd(epfd,fd); // 添加監聽 socket 到 epollint connfd = 0;struct epoll_event result[1024];// 保存 epoll_wait 返回的事件int maxevents = 1024;//指定 epoll_wait 函數最多可以返回的事件數量。int ret = 0;int i = 0;int tm = 3000;//3swhile (1){// 等待 epoll 事件ret = epoll_wait(epfd,result,maxevents,tm);if (ret < 0){perror("epoll_wait fail");return -1;}else if (ret == 0) {printf("epoll_wait timeout\n");//處理超時}else if(ret > 0){for (i = 0; i < ret; ++i){// 如果是監聽 socket 有事件，說明有新連接if (result[i].data.fd == fd)//作用為監聽的fd{//4.acceptconnfd = accept(fd,NULL,NULL);if (connfd < 0){perror("accept fail");return -1;}// 將新連接的 socket 添加到 epolladd_fd(epfd,connfd);}else //通信的fd{// 處理客戶端數據connfd = result[i].data.fd;//取觸發事件的文件描述符char buf[1024];char sbuf[1024];recv(connfd,buf,sizeof(buf),0);printf("c: %s\n",buf);if (strncmp(buf,"quit",4) == 0){	del_fd(epfd,connfd);close(connfd);continue;}sprintf(sbuf,"server + %s\n",buf);send(connfd,sbuf,strlen(sbuf)+1,0);}}}}close(fd);return 0;
}

基于 epoll 的簡單 TCP 服務器，可以同時處理多個客戶端連接（邊沿觸發模式）

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>	       /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h> /* superset of previous */
#include <arpa/inet.h>
#include <strings.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>// 將文件描述符添加到 epoll 實例中
int add_fd(int epfd,int fd)
{struct epoll_event ev;ev.events = EPOLLIN|EPOLLET;// 監聽可讀事件，并使用邊緣觸發模式ev.data.fd = fd;// 設置文件描述符if(epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,fd,&ev) < 0){perror("epoll_ctl fail");return -1;}return 0;
}
// 從 epoll 實例中刪除文件描述符
int del_fd(int epfd,int fd)
{struct epoll_event ev;ev.events = EPOLLIN;ev.data.fd = fd;if(epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_DEL,fd,&ev) < 0){perror("epoll_ctl fail");return -1;}return 0;
}
// 設置文件描述符為非阻塞模式
void set_nonblock(int fd)
{int flag = fcntl(fd,F_GETFL,0);// 獲取當前文件狀態標志flag = flag|O_NONBLOCK;// 設置非阻塞標志fcntl(fd,F_SETFL,flag);// 更新文件狀態標志
}int main(int argc, const char *argv[])
{if (argc != 3){printf("Usage: %s <port> <ip>\n",argv[0]);return -1;}//1.socket 創建通信一端 int fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if (fd < 0){perror("socket fail\n");return -1;}struct sockaddr_in seraddr;bzero(&seraddr,sizeof(seraddr));seraddr.sin_family = AF_INET;seraddr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[2]);//2.bind -- 綁定服務器端的地址信息 if (bind(fd,(const struct sockaddr*)&seraddr,sizeof(seraddr)) < 0){perror("connect fail");return -1;}printf("connect success!\n");//3.listen -- 設置監聽 if (listen(fd,5) < 0){perror("listen fail");return -1;}//1.準備表 int epfd = epoll_create(2);if(epfd < 0){perror("epoll_create fail");return -1;}//2.添加要監控的fd
// 添加監聽 socket 到 epoll，并設置為非阻塞模式add_fd(epfd,fd); set_nonblock(fd);int connfd = 0;struct epoll_event result[1024];// 保存 epoll_wait 返回的事件int maxevents = 1024;//指定 epoll_wait 函數最多可以返回的事件數量。int ret = 0;int i = 0;int tm = 3000;//3swhile (1){// 等待 epoll 事件ret = epoll_wait(epfd,result,maxevents,tm);if (ret < 0){perror("epoll_wait fail");return -1;}else if (ret == 0) {printf("epoll_wait timeout\n");//處理超時}else if(ret > 0){for (i = 0; i < ret; ++i){// 如果是監聽 socket 有事件，說明有新連接if (result[i].data.fd == fd)//作用為監聽的fd{//4.acceptconnfd = accept(fd,NULL,NULL);if (connfd < 0){perror("accept fail");return -1;}set_nonblock(connfd);// 設置新連接為非阻塞模式// 將新連接的 socket 添加到 epolladd_fd(epfd,connfd);}else //通信的fd{// 處理客戶端數據connfd = result[i].data.fd;//取觸發事件的文件描述符char buf[1024];char sbuf[1024];while(1){ret = recv(connfd,buf,1,0);printf("c: %s\n",buf);if(ret < 0){if(errno == EWOULDBLOCK||errno == EAGAIN)break;// 非阻塞模式下，沒有更多數據可讀}if (strncmp(buf,"quit",4) == 0){	del_fd(epfd,connfd);close(connfd);continue;}sprintf(sbuf,"server + %s\n",buf);send(connfd,sbuf,strlen(sbuf)+1,0);}}}}}close(fd);return 0;
}

（七）select、poll、epoll 的比較

select 的缺點：

  1. select 監聽文件描述符最大個數為 1024。

  2. select 監聽的文件描述符集合在用戶層，需要應用層和內核層互相傳遞數據。

  3. select 需要循環遍歷一次才能找到產生的事件。

  4. select 只能工作在水平觸發模式（低速模式），無法工作在邊沿觸發模式（高速模式）。

poll 的缺點：

  1. poll 監聽文件描述符不受上限限制。

  2. poll 監聽的文件描述符集合在用戶層，需要內核層向用戶層傳遞數據。

  3. poll 需要循環遍歷一次才能找到產生的事件。

  4. poll 只能工作在水平觸發模式（低速模式），無法工作在邊沿觸發模式（高速模式）。

epoll 的優點：

  1. epoll 創建內核事件表，不受到文件描述符上限限制。

  2. epoll 監聽的事件表在內核中，直接在內核中監測事件效率高。

  3. epoll 會直接獲得產生事件的文件描述符的信息，而不需要遍歷檢測。

  4. epoll 既能工作在水平觸發模式，也能工作在邊沿觸發模式。

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