優化poll進行拷貝的開銷

poll開銷過大

• 將整個 pollfd 數組拷貝到內核態，以便內核檢查 fd 是否就緒（從用戶態 → 內核態）。
• 內核檢查 fd 狀態，并填充 revents。
• 將 pollfd 數組從內核態拷貝回用戶態，讓應用程序可以讀取 revents 里的就緒狀態（從內核態 → 用戶態）。

這個拷貝過程涉及 所有 pollfd 結構體，而 pollfd 結構體的大小通常是 8~16字節（取決于架構），如果監聽 fd 數量很大（例如 上千個），拷貝數據量會很大，導致 系統調用的開銷上升。

優化遍歷開銷

• 優化 poll 遍歷查詢空位置的問題：poll 需要遍歷整個 pollfd 數組來找到空閑位置，以便管理 fd，當 fd 數量龐大時，維護成本很高。
• 優化遍歷查詢就緒 fd 的問題：poll 在返回時，仍然需要遍歷整個 pollfd 數組來尋找就緒的 fd，時間復雜度為 O(n)。

epoll 的優化點（epoll_ctl + epoll_wait 分離）

認識epoll的接口

poll 和select 都通過一個接口完成“注冊 + 等待”，每次調用都要傳遞和檢查全部 fd，效率低；
而epoll 將監聽與等待分離，通過epoll_ctl 注冊事件，通過epoll_wait 等待事件，減少了不必要的遍歷和數據拷貝

epoll_create()

作用

創建一個 epoll 實例，并返回一個 epoll 文件描述符（epfd），該 epfd 用于后續的 epoll_ctl() 和 epoll_wait() 操作。

函數原型

int epoll_create(int size);這個參數已經進行廢棄了，但是為了進行向前兼容沒有將該參數進行刪除。

返回值

• 成功：返回 epfd（epoll 實例的文件描述符）。
• 失敗：返回 -1，errno 指示錯誤類型。

epoll_ctl()

作用

管理 epoll 監控的文件描述符，對epoll模型進行操作，包括添加、修改、刪除操作。

函數原型

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

參數

• epfd：由 epoll_create() 生成的 epoll 句柄。
• op：操作類型，支持以下三種：

????????EPOLL_CTL_ADD：添加一個新的 FD 到 epoll 實例。

????????EPOLL_CTL_MOD：修改已有的 FD 監聽的事件。

????????EPOLL_CTL_DEL：從 epoll 實例中刪除 FD。

• fd：需要監聽的文件描述符。
• event：指向 struct epoll_event 結構體的指針，設置監聽的事件類型。

返回值

• 成功：返回 0。
• 失敗：返回 -1，errno 指示錯誤類型。

epoll_wait()

作用

等待被監聽的文件描述符發生事件，并返回就緒的文件描述符。

函數原型

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

參數

• epfd：epoll_create() 生成的 epoll 句柄。
• events：用于存儲發生事件的文件描述符，用戶需提供足夠的空間。
• maxevents：events 數組的大小，建議大于 0。
• timeout：超時時間（毫秒）：

????????0：立即返回（非阻塞）。

????????-1：永遠阻塞，直到有事件發生。????????

????????>0：等待指定時間。

返回值

• 成功：返回就緒的文件描述符數量（nfds）。
• 失敗：返回 -1，errno 指示錯誤類型。

epoll的原理?

epoll服務器實現的框架

socket套接編程的封裝

#pragma once#include <iostream>
#include <string>
#include <cstring>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include "log.hpp"
#include "err.hpp"class Sock
{const static int backlog = 32;public:static int Socket(){// 1. 創建socket文件套接字對象int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (sock < 0){logMessage(FATAL, "create socket error");exit(SOCKET_ERR);}logMessage(NORMAL, "create socket success: %d", sock);int opt = 1;setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR|SO_REUSEPORT, &opt, sizeof(opt));return sock;}static void Bind(int sock, int port){// 2. bind綁定自己的網絡信息struct sockaddr_in local;memset(&local, 0, sizeof(local));local.sin_family = AF_INET;local.sin_port = htons(port);local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;if (bind(sock, (struct sockaddr *)&local, sizeof(local)) < 0){logMessage(FATAL, "bind socket error");exit(BIND_ERR);}logMessage(NORMAL, "bind socket success");}static void Listen(int sock){// 3. 設置socket 為監聽狀態if (listen(sock, backlog) < 0) // 第二個參數backlog后面在填這個坑{logMessage(FATAL, "listen socket error");exit(LISTEN_ERR);}logMessage(NORMAL, "listen socket success");}static int Accept(int listensock, std::string *clientip, uint16_t *clientport){struct sockaddr_in peer;socklen_t len = sizeof(peer);int sock = accept(listensock, (struct sockaddr *)&peer, &len);if (sock < 0)logMessage(ERROR, "accept error, next");else{logMessage(NORMAL, "accept a new link success, get new sock: %d", sock); // ?*clientip = inet_ntoa(peer.sin_addr);*clientport = ntohs(peer.sin_port);}return sock;}
};

epoll模型的封裝

epollServer.hpp

#include <iostream>
#include<unistd.h>
#include<sys/epoll.h>
#include<functional>
#include<string>
#include"sock.hpp"
#include"log.hpp"
using namespace std;using func_t = function<string(const string&)>;
#define SIZE 1024const static int defultvalue=-1;
const static int defultnum=64;
class EpollServer
{
public:EpollServer(int port,func_t func,int num=defultnum):_listen_sockfd(defultvalue),_port(port),_num(num),_revs(nullptr),_func(func){}void serverInit(){//1、創建套接字_listen_sockfd=Sock::Socket();//2、進行bind綁定Sock::Bind(_listen_sockfd,_port);//3、設置監聽狀態Sock::Listen(_listen_sockfd);//4、創建epoll模型//4、1 創建epoll模型實例_epfd=epoll_create(1);if(_epfd<0){logMessage(FATAL,"創建epoll實例失敗 :%s",strerror(errno));exit(EPOLL_CREATE_ERROR);}//4、2 管理epoll進行監控的文件描述符struct epoll_event events;events.events=EPOLLIN;events.data.fd=_listen_sockfd;epoll_ctl(_epfd,EPOLL_CTL_ADD,_listen_sockfd,&events);//5、進行開辟就是事件的空間_revs=new struct epoll_event[_num];logMessage(NORMAL,"進行epoll服務器初始化成功");}void serverStart(){int timeout=-1;for(;;){// 進行等待管理的文件描述符發生事件int n = epoll_wait(_epfd,_revs,_num,timeout);switch (n){case -1:logMessage(ERROR,"epoll_wait等待文件描述符發生事件失敗");break;case 0:logMessage(NORMAL,"outtime....");break;default://一定有事件進行就緒HandlerEven(n); //將有多少個就緒的事件進行傳入break;}}}void HandlerEven(int readyNum){for(int i=0;i<readyNum;i++){int sockfd=_revs[i].data.fd;uint32_t events=_revs[i].events;//處理監聽套接字---listen套接字就緒if(sockfd==_listen_sockfd && events&EPOLLIN){string clienip;uint16_t port;int fd=Sock::Accept(sockfd,&clienip,&port);if(fd<0){logMessage(FATAL,"accept 獲取鏈接失敗");continue;;}//建立連接成功，我們可以直接進行讀取嗎？？？？？？？  不可以！！！！//交給epollstruct epoll_event ev;ev.events=EPOLLIN;ev.data.fd=fd;epoll_ctl(_epfd,EPOLL_CTL_ADD,fd,&ev);}//處理普通套接字---普通套接字就緒else if(events&EPOLLIN){//進行讀取客戶端的消息char buffer[SIZE];ssize_t n=recv(sockfd,buffer,sizeof(buffer)-1,0);if(n>0){buffer[n]=0;logMessage(NORMAL,"client#  %s",buffer);//通過回調方法進行處理客戶端的消息string resp=_func(buffer);//將處理過后的消息進行返回send(sockfd,resp.c_str(),resp.size(),0);}else if(n==0){epoll_ctl(_epfd,EPOLL_CTL_DEL,sockfd,nullptr);close(sockfd);logMessage(NORMAL,"客戶端退出");}else{//細節：epoll_ctl(_epfd,EPOLL_CTL_DEL,sockfd,nullptr);close(sockfd);logMessage(ERROR,"進行讀取客戶端消息失敗");}}else{}}}~EpollServer(){if(_listen_sockfd!=defultvalue){close(_listen_sockfd);}if(_epfd!=defultvalue){close(_epfd);}if(_revs){delete[] _revs;}}
private:int _listen_sockfd;int _port;int _epfd;struct epoll_event* _revs;int _num;func_t _func;
};