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小編給大家分享一下怎么用C寫一個web服務器之I/O多路復用，相信大部分人都還不怎么了解，因此分享這篇文章給大家參考一下，希望大家閱讀完這篇文章后大有收獲，下面讓我們一起去了解一下吧！
接觸過 socket 編程的同學應該都知道一些 I/O 模型的概念，linux 中有阻塞 I/O、非阻塞 I/O、I/O 多路復用、信號驅動 I/O 和 異步 I/O 五種模型。
其他模型的具體概念這里不多介紹，只簡單地提一下自己理解的 I/O 多路復用：簡單的說就是由一個進程來管理多個 socket，即將多個 socket 放入一個表中，在其中有 socket 可操作時，通知進程來處理， I/O 多路復用的實現方式有 select、poll 和 epoll。
在 linux下，通過文件描述符（file descriptor, 下 fd）來進行 socket 的操作，所以下文均是對 fd 操作。
首先說最開始實現的 select 的問題：
select 打開的 fd 最大數目有限制，一般為1024，在當前計算系統的并發量前顯然有點不適用了。
select 在收到有 fd 可操作的通知時，是無法得知具體是哪個 fd 的，需要線性掃描 fd 表，效率較低。
當有 fd 可操作時，fd 會將 fd 表復制到內核來遍歷，消耗也較大。
隨著網絡技術的發展，出現了 poll：poll 相對于 select，使用 pollfd 表（鏈表實現） 來代替 fd，它沒有上限，但受系統內存的限制，它同樣使用 fd 遍歷的方式，在并發高時效率仍然是一個問題。
最終，epoll 在 Linux 2.6 的內核面世，它使用事件機制，在每一個 fd 上添加事件，當fd 的事件被觸發時，會調用回調函數來處理對應的事件，epoll 的優勢總之如下：
只關心活躍的 fd，精確定位，改變了poll的時間效率 O(n) 到 O(1);
fd 數量限制是系統能打開的最大文件數，會受系統內存和每個 fd 消耗內存的影響，以當前的系統硬件配置，并發數量絕對不是問題。
內核使用內存映射，大量 fd 向內核態的傳輸不再是問題。
為了一步到位，也是為了學習最先進的I/O多路復用模型，直接使用了 epoll 機制，接下來介紹一下 epoll 相關基礎和自己服務器的實現過程。
epoll 需要引入<sys/epoll.h>文件，首先介紹一下 epoll 系列函數：
int epoll_create(int size);
創建一個 epoll 實例，返回一個指向此 epoll 實例的文件描述符，當 epoll 實例不再使用時，需要使用close()方法來關閉它。
在最初的實現中， size 作為期望打開的最大 fd 數傳入，以便系統分配足夠大的空間。在最新版本的內核中，系統內核動態分配內存，已不再需要此參數了，但為了避免程序運行在舊內核中會有問題，還是要求此值必須大于0；
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
epfd 是通過 epoll_create 返回的文件描述符
op 則是文件描述符監聽事件的操作方式，EPOLL_CTL_ADD/EPOLL_CTL_MOD/EPOLL_CTL_DEL 分別表示添加、修改和刪除一個監聽事件。
fd 為要監聽的文件描述符。
event 為要監聽的事件，可選事件和行為會在下面描述
它的結構如下：
typedef union epoll_data {
void *ptr;
int fd;
uint32_t u32;
uint64_t u64;
} epoll_data_t;
struct epoll_event {
uint32_t events; /* epoll事件 */
epoll_data_t data; /* 事件相關數據 */
};int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout); 監聽 epoll 事件：
events 是 epoll 事件數組，epoll 事件的結構上面已經介紹過。
maxevents 是一次監聽獲取到的最大事件數目。
timeout 是一次監聽中獲取不到事件的最長等待時間，設置成 -1 會一直阻塞等待，0 則會立即返回。
在 epoll_ctl 的 event 參數中，事件 events 有如下可選項：
EPOLLIN（可讀）、EPOLLOUT（可寫）、EPOLLRDHUP（連接關閉）、EPOLLPRI（緊急數據可讀），此外 EPOLLERR（錯誤），EPOLLHUP（連接掛斷）事件會被 epoll 默認一直監聽。
除了設置事件外，還可以對監聽的行為設置：
level trigger：此行為被 epoll 默認支持，不必設置。在 epoll_wait 得到一個事件時，如果應用程序不處理此事件，在 level trigger 模式下，epoll_wait 會持續觸發此事件，直到事件被程序處理；
EPOLLET(edge trigger)：在 edge trigger 模式下，事件只會被 epoll_wait 觸發一次，如果用戶不處理此事件，不會在下次 epoll_wait 再次觸發。在處理得當的情況下，此模式無疑是高效的。需要注意的是此模式需求 socket 處理非阻塞模式，下面會實現此模式。
EPOLLONESHOT：在單次命中模式下，對同一個文件描述符來說，同類型的事件只會被觸發一次，若想重復觸發，需要重新給文件描述符注冊事件。
EPOLLWAKEUP：3.5版本加入，如果設置了單次命中和ET模式，而且進程有休眠喚醒能力，當事件被掛起和處理時，此選項確保系統不進入暫停或休眠狀態。 事件被 epoll_wait 調起后，直到下次 epoll_wait 再次調起此事件、文件描述符被關閉，事件被注銷或修改，都會被認為是處于處理中狀態。
EPOLLEXCLUSIVE：4.5版本加入，為一個關聯到目標文件描述符的 epoll 句柄設置獨占喚醒模式。如果目標文件描述符被關聯到多個 epoll 句柄，當有喚醒事件發生時，默認所有 epoll 句柄都會被喚醒。而都設置此標識后，epoll 句柄之一被喚醒,以避免“驚群”現象。
當監聽事件和行為需求同時設置時，使用運算符 |即可。
使用 epoll 時的服務器受理客戶端請求邏輯如下：
1.創建服務器 socket，注冊服務器 socket 讀事件；
2.客戶端連接服務器，觸發服務器 socket 可讀，服務器創建客戶端 socket，注冊客戶端socket 讀事件；
3.客戶端發送數據，觸發客戶端 socket 可讀，服務器讀取客戶端信息，將響應寫入 socket；
4.客戶端關閉連接，觸發客戶端 socket 可讀，服務器讀取客戶端信息為空，注銷客戶端 socket 讀事件；
erver_fd = server_start();
epoll_fd = epoll_create(FD_SIZE);
epoll_register(epoll_fd, server_fd, EPOLLIN|EPOLLET);// 這里注冊socketEPOLL事件為ET模式
while (1) {
event_num = epoll_wait(epoll_fd, events, MAX_EVENTS, 0);
for (i = 0; i < event_num; i++) {
fd = events[i].data.fd;
// 如果是服務器socket可讀，則處理連接請求
if ((fd == server_fd) && (events[i].events == EPOLLIN)){
accept_client(server_fd, epoll_fd);
// 如果是客戶端socket可讀，則獲取請求信息，響應客戶端
} else if (events[i].events == EPOLLIN){
deal_client(fd, epoll_fd);
} else if (events[i].events == EPOLLOUT)
// todo 數據過大，緩沖區不足的情況待處理
continue;
}
}需要注意的是，客戶端socket在可讀之后也是立刻可寫的，我這里直接讀取一次請求，然后將響應信息 write 進去，沒有考慮讀數據時緩沖區滿的問題。
這里提出的解決方案為：
1.設置一個客戶端 socket 和 buffer 的哈希表；
2.在讀入一次信息緩沖區滿時 recv 會返回 EAGIN 錯誤，這時將數據放入 buffer，暫時不響應。
3.后續讀事件中讀取到數據尾后，再注冊 socket 可寫事件。
4.在處理可寫事件時，讀取 buffer 內的全部請求內容，處理完畢后響應給客戶端。
5.最后注銷 socket 寫事件。
上文說過，ET模式是 epoll 的高效模式，事件只會通知一次，但處理良好的情況下會更適用于高并發。它需要 socket 在非阻塞模式下才可用，這里我們實現它。
sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); // 獲取服務器socket的設置，并添加"不阻塞"選項 flags = fcntl(sock_fd, F_GETFL, 0); fcntl(sock_fd, F_SETFL, flags|O_NONBLOCK); ..... // 這里注冊服務器socket EPOLL事件為ET模式 epoll_register(epoll_fd, server_fd, EPOLLIN|EPOLLET);
我將處理事件注掉后使用一次客戶端連接請求進行了測試，很清晰地說明了 ET模式下，事件只觸發一次的現象，前后對比圖如下：
以上是“怎么用C寫一個web服務器之I/O多路復用”這篇文章的所有內容，感謝各位的閱讀！相信大家都有了一定的了解，希望分享的內容對大家有所幫助，如果還想學習更多知識，歡迎關注億速云行業資訊頻道！
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