高性能网络编程 - select、 poll 、epoll 、libevent

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概述
优缺点
- Select
- Poll
- Epoll
- LibEvent

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概述

Select（选择）：
- Select 是一种传统的 I/O 多路复用机制，用于在类 Unix 操作系统（如 Linux）中同时管理多个文件描述符（如网络套接字或文件）。
- 它允许程序监视多个 I/O 源以检测可读性或可写性，并在数据可读或可写时触发事件。
- Select 相对简单，但在处理大量文件描述符时性能和可扩展性有限。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/select.h>int main()
{// 1.创建套接字int lfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if(lfd == -1){perror("socket");exit(0);}// 2. 绑定 ip, portstruct sockaddr_in addr;addr.sin_port = htons(10000);addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;int ret = bind(lfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));if(ret == -1){perror("bind");exit(0);}// 3. 监听ret = listen(lfd, 100);if(ret == -1){perror("listen");exit(0);}// 4. 等待连接 -> 循环// 检测 -> 读缓冲区, 委托内核去处理// 数据初始化, 创建自定义的文件描述符集fd_set rdset, tmp; FD_ZERO(&rdset);FD_SET(lfd, &rdset);int maxfd = lfd;while(1){// 委托内核检测tmp = rdset;ret = select(maxfd+1, &tmp, NULL, NULL, NULL);if(ret == -1){perror("select");exit(0);}// 检测的度缓冲区有变化// 有新连接if(FD_ISSET(lfd, &tmp)){// 接收连接请求struct sockaddr_in sockcli;int len = sizeof(sockcli);// 这个accept是不会阻塞的int connfd = accept(lfd, (struct sockaddr*)&sockcli, &len);// 委托内核检测connfd的读缓冲区FD_SET(connfd, &rdset);maxfd = connfd > maxfd ? connfd : maxfd;}// 通信, 有客户端发送数据过来for(int i=lfd+1; i<=maxfd; ++i){// 如果在集合中, 说明读缓冲区有数据if(FD_ISSET(i, &tmp)){char buf[128];int ret = read(i, buf, sizeof(buf));if(ret == -1){perror("read");exit(0);}else if(ret == 0){printf("对方已经关闭了连接...\n");FD_CLR(i, &rdset);close(i);}else{printf("客户端say: %s\n", buf);write(i, buf, strlen(buf)+1);}}}}close(lfd);return 0;
}

Poll（轮询）：
- Poll 是另一种在类 Unix 系统中可用的 I/O 多路复用机制。在性能和可扩展性方面优于 select。
- 与 select 类似，poll 允许程序监视多个文件描述符，但它可以更高效地处理大量文件描述符。
- Poll 仍然广泛使用，但像 epoll 这样的更现代替代方案因性能更好而备受青睐。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/select.h>
#include <poll.h>int main()
{// 1.创建套接字int lfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if(lfd == -1){perror("socket");exit(0);}// 2. 绑定 ip, portstruct sockaddr_in addr;addr.sin_port = htons(10000);addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;int ret = bind(lfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));if(ret == -1){perror("bind");exit(0);}// 3. 监听ret = listen(lfd, 100);if(ret == -1){perror("listen");exit(0);}// 4. 等待连接 -> 循环// 检测 -> 读缓冲区, 委托内核去处理// 数据初始化, 创建自定义的文件描述符集struct pollfd fds[1024];// 初始化for(int i=0; i<1024; ++i){fds[i].fd = -1;fds[i].events = POLLIN;}fds[0].fd = lfd;int maxfd = 0;while(1){// 委托内核检测ret = poll(fds, maxfd+1, -1);if(ret == -1){perror("select");exit(0);}// 检测的度缓冲区有变化// 有新连接if(fds[0].revents & POLLIN){// 接收连接请求struct sockaddr_in sockcli;int len = sizeof(sockcli);// 这个accept是不会阻塞的int connfd = accept(lfd, (struct sockaddr*)&sockcli, &len);// 委托内核检测connfd的读缓冲区int i;for(i=0; i<1024; ++i){if(fds[i].fd == -1){fds[i].fd = connfd;break;}}maxfd = i > maxfd ? i : maxfd;}// 通信, 有客户端发送数据过来for(int i=1; i<=maxfd; ++i){// 如果在集合中, 说明读缓冲区有数据if(fds[i].revents & POLLIN){char buf[128];int ret = read(fds[i].fd, buf, sizeof(buf));if(ret == -1){perror("read");exit(0);}else if(ret == 0){printf("对方已经关闭了连接...\n");close(fds[i].fd);fds[i].fd = -1;}else{printf("客户端say: %s\n", buf);write(fds[i].fd, buf, strlen(buf)+1);}}}}close(lfd);return 0;
}

Epoll（事件轮询）：
- Epoll（事件轮询）是一种较新且高效的 I/O 事件通知机制，主要用于 Linux。
- 与 select 和 poll 不同，epoll 专为高性能 I/O 事件处理而设计。它可以有效地管理大量文件描述符而不会显著降低性能。
- Epoll 特别适用于构建可扩展和高性能的网络服务器和应用程序。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/epoll.h>int main()
{// 1.创建套接字int lfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if(lfd == -1){perror("socket");exit(0);}// 2. 绑定 ip, portstruct sockaddr_in addr;addr.sin_port = htons(10000);addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;int ret = bind(lfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));if(ret == -1){perror("bind");exit(0);}// 3. 监听ret = listen(lfd, 100);if(ret == -1){perror("listen");exit(0);}// 创建epoll树int epfd = epoll_create(1000);if(epfd == -1){perror("epoll_create");exit(0);}// 将监听lfd添加到树上struct epoll_event ev;// 检测事件的初始化ev.events = EPOLLIN ;ev.data.fd = lfd;epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, lfd, &ev);struct epoll_event events[1024];// 开始检测while(1){int nums = epoll_wait(epfd, events, sizeof(events)/sizeof(events[0]), -1);printf("numbers = %d\n", nums);// 遍历状态变化的文件描述符集合for(int i=0; i<nums; ++i){int curfd = events[i].data.fd;// 有新连接if(curfd == lfd){struct sockaddr_in clisock;int len = sizeof(clisock);int connfd = accept(lfd, (struct sockaddr*)&clisock, &len);if(connfd == -1){perror("accept");exit(0);}// 将通信的fd挂到树上//ev.events = EPOLLIN | EPOLLOUT;ev.events = EPOLLIN;ev.data.fd  = connfd;epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, connfd, &ev);}// 通信else{// 读事件触发, 写事件触发if(events[i].events & EPOLLOUT) {continue;}char buf[128];int count = read(curfd, buf, sizeof(buf));if(count == 0){printf("client disconnect ...\n");close(curfd);// 从树上删除该节点epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, curfd, NULL);}else if(count == -1){perror("read");exit(0);}else{// 正常情况printf("client say: %s\n", buf);write(curfd, buf, strlen(buf)+1);}}}}close(lfd);return 0;
}

Libevent（事件库）：
- Libevent 是一个提供了简单和一致的事件通知机制 API 的 C 库，包括 select、poll、epoll 等多种机制。
- 它允许开发人员编写可移植且高效的网络和事件驱动软件。
- Libevent 抽象了不同平台和事件通知机制之间的差异，使开发人员能够更容易地编写能够在不同系统上运行而无需担心底层细节的代码。

sever

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <event2/event.h>int main()
{// 1. 创建事件处理框架struct event_base* base = event_base_new();// 打印支持的IO转接函数const char** method = event_get_supported_methods();for(int i=0; method[i] != NULL; ++i){printf("%s\n", method[i]);}printf("current method: %s\n", event_base_get_method(base));// 创建子进程pid_t pid = fork();if(pid == 0){// 子进程中event_base也会被复制,在使用这个base时候要重新初始化event_reinit(base); }// 2. 释放资源event_base_free(base);return 0;
}

client

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <event2/event.h>
#include <event2/bufferevent.h>// read缓冲区的回调
void read_cb(struct bufferevent* bev, void* arg)
{printf("arg value: %s\n", (char*)arg);// 读缓冲区的数据char buf[128];int len = bufferevent_read(bev, buf, sizeof(buf));printf("read data: len = %d, str = %s\n", len, buf);// 回复数据bufferevent_write(bev, buf, len);printf("数据发送完毕...\n");
}// 写缓冲区的回调
// 调用的时机: 写缓冲区中的数据被发送出去之后, 该函数被调用
void write_cb(struct bufferevent* bev, void* arg)
{printf("arg value: %s\n", (char*)arg);printf("数据已经发送完毕...xxxxxxxxxxxx\n");
}// 事件回调
void events_cb(struct bufferevent* bev, short event, void* arg)
{if(event & BEV_EVENT_ERROR){printf("some error happened ...\n");}else if(event & BEV_EVENT_EOF){printf("server disconnect ...\n");}// 终止连接bufferevent_free(bev);
}void send_msg(evutil_socket_t fd, short ev, void * arg)
{// 将写入到终端的数据读出char buf[128];int len = read(fd, buf, sizeof(buf));// 发送给服务器struct bufferevent* bev = (struct bufferevent*)arg;bufferevent_write(bev, buf, len);
}int main()
{struct event_base * base = event_base_new();// 1. 创建通信的套接字struct bufferevent* bufev = bufferevent_socket_new(base, -1, BEV_OPT_CLOSE_ON_FREE);// 2. 连接服务器struct sockaddr_in addr;addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_port = htons(9898);    // 服务器监听的端口inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &addr.sin_addr.s_addr);// 这个函数调用成功, == 服务器已经成功连接bufferevent_socket_connect(bufev, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));// 3. 通信// 给bufferevent的缓冲区设置回调bufferevent_setcb(bufev, read_cb, write_cb, events_cb, (void*)"hello, world");bufferevent_enable(bufev, EV_READ);// 创建一个普通的输入事件struct event* myev = event_new(base, STDIN_FILENO, EV_READ|EV_PERSIST, send_msg, bufev);event_add(myev, NULL);event_base_dispatch(base);event_free(myev);event_base_free(base);return 0;
}