Linux下基于C++11的socket网络编程(Epoll)个人总结版

写完了发现好像没什么用，看看八股其实就够了，我真乐了。但是也都写了写完吧
在select中我们提到

select结束后，我传入的内容会变成一个类似（001110010101的数）是没有办法直接知道哪个位置是1的，只能一个一个的遍历。

这样很麻烦，但由于select用的是位掩码，所以只能这样一个个遍历。那优化的想法就来了：我只把就绪的传给应用程序行不行？没就绪的我也不传0了，我直接不传了。于是epoll出现了。

接着上八股：
epoll是Linux特有的IO多路复用机制，它使用一个内核事件表来管理和监听多个IO事件的就绪状态。应用程序需要将需要监听的文件描述符添加到内核事件表中，然后调用epoll_wait函数进行监听。当有文件描述符就绪时，epoll_wait函数会返回，并告知哪些文件描述符已经准备好进行读取或写入操作。与select和poll不同的是，epoll不需要应用程序遍历事件列表。epoll_wait 返回的数组中仅包含已就绪的事件，应用程序只需遍历该数组（时间复杂度为 O(k)，k 为就绪事件数）。
水平触发（默认）：
● 只要文件描述符处于就绪状态（如可读），就会持续触发事件（意思就是变为就绪状态）。
● 编程简单，但可能导致频繁唤醒。
边缘触发（需显式设置EPOLLET）：
● 仅在文件描述符状态变化时触发一次（如从不可读到可读）。
● 必须处理完所有数据（如读完read()返回EAGAIN），否则不会再次触发。
● 性能更高，但编程复杂度增加

1.涉及到的函数

首先内核维护的结构是int event_fd,应用程序维护的结构是epoll_event event。这些函数的作用就是把内容加到event_fd中，或者把event_fd中的内容传给event,方便应用程序操作。

1.1epoll_event

struct epoll_event {uint32_t     events;      // 事件类型掩码（如 EPOLLIN、EPOLLOUT）epoll_data_t data;        // 用户数据（通过 union 存储）
};

epoll_event的结构如上图所示，events存event_fd传给它的实际类型（是读还是写，是水平触发还是边缘触发）.data存已经就绪的fd是什么
1.2epoll_create()
功能：创建一个epoll实例，返回文件描述符event_fd。
1.3epoll_ctl()
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event event);
功能：控制 epoll 实例，添加 / 修改 / 删除监听事件。也就是说向内核控制的epfd中，进行op操作，操作fd套接字。是event模式
也就是说是水平触发还是边缘触发，是监听接收缓冲区还是发送缓冲区都是通过epoll_ctl函数，从event传给event_fd的
● epfd：epoll 实例的文件描述符。
● op：操作类型：
○ EPOLL_CTL_ADD：添加监听。
○ EPOLL_CTL_MOD：修改监听事件。
○ EPOLL_CTL_DEL：删除监听（此时event参数可为NULL）。
● fd：要监听的目标文件描述符（如 socket）。
● event：指定监听的事件类型和关联数据：下面是常用的事件类型
○ EPOLLIN：文件描述符可读（如套接字接收缓冲区有数据）。
○ EPOLLOUT：文件描述符可写（如套接字发送缓冲区有空闲空间）。
○ EPOLLRDHUP（Linux 2.6.17+）：对方关闭连接，或关闭了写操作（适用于 TCP 连接）。
○ EPOLLHUP：连接被挂断。
○ EPOLLET：边缘触发模式（区别于默认的水平触发）。
○ EPOLLONESHOT：一次触发后，事件自动移除，需重新注册
1.4epoll_wait()
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);
功能：等待事件发生，返回就绪的文件描述符列表。
● epfd：epoll 实例的文件描述符。
● events：用于存储就绪事件的数组。
● maxevents：数组大小（必须大于 0）。
● timeout：超时时间（毫秒）：
○ -1：阻塞直到有事件发生。
○ 0：立即返回（非阻塞）。
○ >0：指定超时时间。
● 成功：返回就绪事件的数量；超时：返回0；错误：返回-1（如被信号中断）
用epoll_create()在内核中创建一个 eventpoll 对象，包含红黑树和就绪链表。返回的int epoll_fd 是指向这个eventpoll对象（因为万物皆对象）。如果有需要添加的会用epoll_ctl()函数把需要添加的套接字放到红黑树里，如果内核检测到有就绪的套接字，会放到就绪链表里。应用程序这边调用epoll_wait()函数，若就绪链表为空，进程进入休眠；否则直接返回链表中的就绪事件，把就绪事件转移到我们定义好的epoll_event event中。应用程序就可以进行处理了。
看完这段之前提到的水平触发和边缘触发中的触发，应该也可以理解了，就是加到了就绪链表中。

//TcpServer.cpp
#include "TcpServer.h"#include <vector>TcpServer::TcpServer(){serv_socks.clear();client_socks.clear();
}TcpServer::~TcpServer(){CloseServerSock();CloseClientSock();
}bool TcpServer::InitServer(const std::vector<std::string>& ports){//先判断服务端socket是否已开启,如果开启全部关闭CloseServerSock();//创建服务器中的服务端socketfor (const auto& port: ports) {int serv_sock= socket(PF_INET , SOCK_STREAM , 0);if(serv_sock == -1){cout<<"服务器创建监听套接字失败，socket() error!"<<endl;return false;}struct sockaddr_in addr;//绑定服务端的socket到相应的网络地址结构中memset(&addr , 0 , sizeof(addr));addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);addr.sin_port = htons(atoi(port.c_str()));if(bind(serv_sock , (struct sockaddr*)& addr , sizeof(addr)) == -1){cout<<"服务器绑定套接字失败，bind() error!"<<port<<endl;//关闭服务端的socketclose(serv_sock);continue;;}//开始监听服务端的套接字if(listen(serv_sock , 5) == -1){cout<<"服务端监听套接字失败，listen() error!"<<port<<endl;//关闭服务端的socketclose(serv_sock);continue;;}serv_socks.push_back(serv_sock);ser_epoll.AddEpollEvent(serv_sock);cout<<"服务端成功监听端口"<<port<<endl;}return !serv_socks.empty();
}int TcpServer::Accept(int serv_fd){//判断服务端是否已经开启了socketif(serv_fd == -1){cout<<"服务器中未开启监听的socket，Accept() error!"<<endl;return -1;}struct sockaddr_in clnt_addr;socklen_t clnt_addr_len = sizeof(clnt_addr);int clnt_sock = accept(serv_fd, (struct sockaddr*)&clnt_addr, &clnt_addr_len);if (clnt_sock == -1) {cout << "accept() failed: " << strerror(errno) << endl;return -1;}client_socks.push_back(clnt_sock);return clnt_sock;
}void TcpServer::StartEpoll(){while(1){//开始使用epoll监视事件的发生int event_cnt = ser_epoll.EpollWait(ep_events);if(event_cnt == -1){//创建epoll_wait()函数失败cout<<"epoll_wait() error!"<<endl;break ;}for(int i = 0 ; i < event_cnt ; ++i){int _fd = ep_events[i].data.fd;bool is_listening_socket=false;for (int listen_fd : serv_socks) {if (listen_fd == _fd) {is_listening_socket = true;break;}}if(is_listening_socket){//有新的连接int accept_res = Accept(_fd);if(accept_res <= 0){cout<<"accept() error!"<<endl;continue ;}ser_epoll.AddEpollEvent(accept_res);cout<<"new client【"<<accept_res<<"】connect..."<<endl;}else{//出现了读写操作string result="";if(!TcpBaseRead(_fd , result)){//可能是对端关闭了连接cout<<"client【"<<_fd<<"】断开了连接！"<<endl;ser_epoll.DeleteEpollEvent(_fd);close(_fd);}else{cout<<"客户端【"<<_fd<<"】说："<<result<<endl;if(!TcpBaseWrite(_fd , result)){//关闭cout<<"client【"<<_fd<<"】断开了连接！"<<endl;ser_epoll.DeleteEpollEvent(_fd);close(_fd);}}}}}
}// 关闭指定客户端连接
void TcpServer:: CloseSingleClientSock(int fd) {ser_epoll.DeleteEpollEvent(fd);for (auto it = client_socks.begin(); it != client_socks.end(); ++it) {if (*it == fd) {client_socks.erase(it);break; // 找到后立即退出循环}}if (fd > 0) {std::cout << "关闭客户端连接 fd=" << fd << std::endl;close(fd);}
}void TcpServer::CloseServerSock(){for (int fd : serv_socks) {if (fd > 0) {close(fd);}}serv_socks.clear();
}void TcpServer::CloseClientSock(){for (int fd : client_socks) {if (fd > 0) {ser_epoll.DeleteEpollEvent(fd);close(fd);}}client_socks.clear();
}

//TcpServerEpoll.cpp
//
// Created by root on 2025/6/30.
//#include "TcpServerEpoll.h"
TcpServerEpoll::TcpServerEpoll(){//创建一个epoll,大小位EPOLL_SIZE,这个函数返回的是一个文件描述符epoll_fd = epoll_create(EPOLL_SIZE);}int TcpServerEpoll::AddEpollEvent(const int sock_fd){event.events = EPOLLIN;event.data.fd = sock_fd;if ( epoll_ctl(epoll_fd , EPOLL_CTL_ADD , sock_fd , &event)) {return -1; // 添加失败}monitored_fds.insert(sock_fd); // 成功添加，记录到集合return 0;
}int TcpServerEpoll::DeleteEpollEvent(const int sock_fd){if (epoll_ctl(epoll_fd , EPOLL_CTL_DEL , sock_fd , NULL)) {return -1;}monitored_fds.erase(sock_fd); // 成功添加，记录到集合return 0;
}int TcpServerEpoll::EpollWait(epoll_event* events){int event_cnt = epoll_wait(epoll_fd , events , EPOLL_SIZE , -1);return event_cnt;
}TcpServerEpoll::~TcpServerEpoll(){close(epoll_fd);
}

//
// Created by root on 2025/6/25.
//#include "TcpServer.h"int main(int argc ,char* argv[]){//创建服务端的socketTcpServer tcp_server;//初始化服务器std::vector<std::string> ports={"8080", "8081","8082"};for (const auto& port : ports)std::cout << "即将监听端口号"<<port << " ";bool init_res = tcp_server.InitServer(ports);if(!init_res){cout<<"服务器初始化失败"<<endl;return -1;}for (const auto& port : ports)std::cout << "已监听端口号"<<port << " ";//开启服务端的I/O功能tcp_server.StartEpoll();std::cout << "服务器已正常关闭" << std::endl;return 0;
}