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    小白模式

    毕业入职第一家公司的入职作业就是写一个高并发的http服务器。当时的大致思路是这样:
    主线程创建监听端口,将监听端口放入epoll监听列表,然后epoll开始循环监听,当到来的读请求是监听端口,则接受客户端连接,并将客户端连接放入监听队;当到来的读请求来自于客户端连接时,直接开启新的线程来处理客户端发来的请求。
    在这里插入图片描述

    高端模式

    使用过一些高并发网络通信框架之后发现,它们的实现方式大多都是这样的,
    包括三部分:主线程,select线程池,工作线程池

    主线程

    主线程负责创建监听端口,监听客户端连接的到来,当有客户端连接请求过来时,两请求交给一个选中的select线程

    select线程

    select线程负责创建与客户端的连接,并且这个客户端整个生命周期都会由这个这个select线程来负责

    工作线程池

    当select线程监听到客户端的读事件之后,会将这个读任务放入工作线程池,由工作线程负责读取客户端请求
    在这里插入图片描述

    总结

    高端模式实际上是让各个线程的职责单一,实现更灵活。

    展开全文
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    万次阅读 多人点赞 2017-06-24 13:43:17
    在linux 没有实现epoll事件驱动机制之前,我们一般选择用select或者poll等IO多路复用的方法来实现并发服务程序。在大数据、高并发、集群等一些名词唱得火热之年代,select和poll的用武之地越来越有限,风头已经被...

    在linux 没有实现epoll事件驱动机制之前,我们一般选择用select或者poll等IO多路复用的方法来实现并发服务程序。在大数据、高并发、集群等一些名词唱得火热之年代,select和poll的用武之地越来越有限,风头已经被epoll占尽。

    本文便来介绍epoll的实现机制,并附带讲解一下select和poll。通过对比其不同的实现机制,真正理解为何epoll能实现高并发。

    select()和poll() IO多路复用模型

    select的缺点:

    1. 单个进程能够监视的文件描述符的数量存在最大限制,通常是1024,当然可以更改数量,但由于select采用轮询的方式扫描文件描述符,文件描述符数量越多,性能越差;(在linux内核头文件中,有这样的定义:#define __FD_SETSIZE    1024)
    2. 内核 / 用户空间内存拷贝问题,select需要复制大量的句柄数据结构,产生巨大的开销;
    3. select返回的是含有整个句柄的数组,应用程序需要遍历整个数组才能发现哪些句柄发生了事件;
    4. select的触发方式是水平触发,应用程序如果没有完成对一个已经就绪的文件描述符进行IO操作,那么之后每次select调用还是会将这些文件描述符通知进程。

    相比select模型,poll使用链表保存文件描述符,因此没有了监视文件数量的限制,但其他三个缺点依然存在。

    拿select模型为例,假设我们的服务器需要支持100万的并发连接,则在__FD_SETSIZE 为1024的情况下,则我们至少需要开辟1k个进程才能实现100万的并发连接。除了进程间上下文切换的时间消耗外,从内核/用户空间大量的无脑内存拷贝、数组轮询等,是系统难以承受的。因此,基于select模型的服务器程序,要达到10万级别的并发访问,是一个很难完成的任务。

    因此,该epoll上场了。

    epoll IO多路复用模型实现机制

    由于epoll的实现机制与select/poll机制完全不同,上面所说的 select的缺点在epoll上不复存在。

    设想一下如下场景:有100万个客户端同时与一个服务器进程保持着TCP连接。而每一时刻,通常只有几百上千个TCP连接是活跃的(事实上大部分场景都是这种情况)。如何实现这样的高并发?

    在select/poll时代,服务器进程每次都把这100万个连接告诉操作系统(从用户态复制句柄数据结构到内核态),让操作系统内核去查询这些套接字上是否有事件发生,轮询完后,再将句柄数据复制到用户态,让服务器应用程序轮询处理已发生的网络事件,这一过程资源消耗较大,因此,select/poll一般只能处理几千的并发连接。

    epoll的设计和实现与select完全不同。epoll通过在Linux内核中申请一个简易的文件系统(文件系统一般用什么数据结构实现?B+树)。把原先的select/poll调用分成了3个部分:

    1)调用epoll_create()建立一个epoll对象(在epoll文件系统中为这个句柄对象分配资源)

    2)调用epoll_ctl向epoll对象中添加这100万个连接的套接字

    3)调用epoll_wait收集发生的事件的连接

    如此一来,要实现上面说是的场景,只需要在进程启动时建立一个epoll对象,然后在需要的时候向这个epoll对象中添加或者删除连接。同时,epoll_wait的效率也非常高,因为调用epoll_wait时,并没有一股脑的向操作系统复制这100万个连接的句柄数据,内核也不需要去遍历全部的连接。

    下面来看看Linux内核具体的epoll机制实现思路。

    当某一进程调用epoll_create方法时,Linux内核会创建一个eventpoll结构体,这个结构体中有两个成员与epoll的使用方式密切相关。eventpoll结构体如下所示:

    struct eventpoll{
        ....
        /*红黑树的根节点,这颗树中存储着所有添加到epoll中的需要监控的事件*/
        struct rb_root  rbr;
        /*双链表中则存放着将要通过epoll_wait返回给用户的满足条件的事件*/
        struct list_head rdlist;
        ....
    };

    每一个epoll对象都有一个独立的eventpoll结构体,用于存放通过epoll_ctl方法向epoll对象中添加进来的事件。这些事件都会挂载在红黑树中,如此,重复添加的事件就可以通过红黑树而高效的识别出来(红黑树的插入时间效率是lgn,其中n为树的高度)。

    而所有添加到epoll中的事件都会与设备(网卡)驱动程序建立回调关系,也就是说,当相应的事件发生时会调用这个回调方法。这个回调方法在内核中叫ep_poll_callback,它会将发生的事件添加到rdlist双链表中。

    在epoll中,对于每一个事件,都会建立一个epitem结构体,如下所示:

    struct epitem{
        struct rb_node  rbn;//红黑树节点
        struct list_head    rdllink;//双向链表节点
        struct epoll_filefd  ffd;  //事件句柄信息
        struct eventpoll *ep;    //指向其所属的eventpoll对象
        struct epoll_event event; //期待发生的事件类型
    }

    当调用epoll_wait检查是否有事件发生时,只需要检查eventpoll对象中的rdlist双链表中是否有epitem元素即可。如果rdlist不为空,则把发生的事件复制到用户态,同时将事件数量返回给用户。

    epoll.jpg

    epoll数据结构示意图

    从上面的讲解可知:通过红黑树和双链表数据结构,并结合回调机制,造就了epoll的高效。

    OK,讲解完了Epoll的机理,我们便能很容易掌握epoll的用法了。一句话描述就是:三步曲。

    第一步:epoll_create()系统调用。此调用返回一个句柄,之后所有的使用都依靠这个句柄来标识。

    第二步:epoll_ctl()系统调用。通过此调用向epoll对象中添加、删除、修改感兴趣的事件,返回0标识成功,返回-1表示失败。

    第三部:epoll_wait()系统调用。通过此调用收集收集在epoll监控中已经发生的事件。

    最后,附上一个epoll编程实例。(作者为sparkliang)

    //   
    // a simple echo server using epoll in linux  
    //   
    // 2009-11-05  
    // 2013-03-22:修改了几个问题,1是/n格式问题,2是去掉了原代码不小心加上的ET模式;
    // 本来只是简单的示意程序,决定还是加上 recv/send时的buffer偏移
    // by sparkling  
    //   
    #include <sys/socket.h>  
    #include <sys/epoll.h>  
    #include <netinet/in.h>  
    #include <arpa/inet.h>  
    #include <fcntl.h>  
    #include <unistd.h>  
    #include <stdio.h>  
    #include <errno.h>  
    #include <iostream>  
    using namespace std;  
    #define MAX_EVENTS 500  
    struct myevent_s  
    {  
        int fd;  
        void (*call_back)(int fd, int events, void *arg);  
        int events;  
        void *arg;  
        int status; // 1: in epoll wait list, 0 not in  
        char buff[128]; // recv data buffer  
        int len, s_offset;  
        long last_active; // last active time  
    };  
    // set event  
    void EventSet(myevent_s *ev, int fd, void (*call_back)(int, int, void*), void *arg)  
    {  
        ev->fd = fd;  
        ev->call_back = call_back;  
        ev->events = 0;  
        ev->arg = arg;  
        ev->status = 0;
        bzero(ev->buff, sizeof(ev->buff));
        ev->s_offset = 0;  
        ev->len = 0;
        ev->last_active = time(NULL);  
    }  
    // add/mod an event to epoll  
    void EventAdd(int epollFd, int events, myevent_s *ev)  
    {  
        struct epoll_event epv = {0, {0}};  
        int op;  
        epv.data.ptr = ev;  
        epv.events = ev->events = events;  
        if(ev->status == 1){  
            op = EPOLL_CTL_MOD;  
        }  
        else{  
            op = EPOLL_CTL_ADD;  
            ev->status = 1;  
        }  
        if(epoll_ctl(epollFd, op, ev->fd, &epv) < 0)  
            printf("Event Add failed[fd=%d], evnets[%d]\n", ev->fd, events);  
        else  
            printf("Event Add OK[fd=%d], op=%d, evnets[%0X]\n", ev->fd, op, events);  
    }  
    // delete an event from epoll  
    void EventDel(int epollFd, myevent_s *ev)  
    {  
        struct epoll_event epv = {0, {0}};  
        if(ev->status != 1) return;  
        epv.data.ptr = ev;  
        ev->status = 0;
        epoll_ctl(epollFd, EPOLL_CTL_DEL, ev->fd, &epv);  
    }  
    int g_epollFd;  
    myevent_s g_Events[MAX_EVENTS+1]; // g_Events[MAX_EVENTS] is used by listen fd  
    void RecvData(int fd, int events, void *arg);  
    void SendData(int fd, int events, void *arg);  
    // accept new connections from clients  
    void AcceptConn(int fd, int events, void *arg)  
    {  
        struct sockaddr_in sin;  
        socklen_t len = sizeof(struct sockaddr_in);  
        int nfd, i;  
        // accept  
        if((nfd = accept(fd, (struct sockaddr*)&sin, &len)) == -1)  
        {  
            if(errno != EAGAIN && errno != EINTR)  
            {  
            }
            printf("%s: accept, %d", __func__, errno);  
            return;  
        }  
        do  
        {  
            for(i = 0; i < MAX_EVENTS; i++)  
            {  
                if(g_Events[i].status == 0)  
                {  
                    break;  
                }  
            }  
            if(i == MAX_EVENTS)  
            {  
                printf("%s:max connection limit[%d].", __func__, MAX_EVENTS);  
                break;  
            }  
            // set nonblocking
            int iret = 0;
            if((iret = fcntl(nfd, F_SETFL, O_NONBLOCK)) < 0)
            {
                printf("%s: fcntl nonblocking failed:%d", __func__, iret);
                break;
            }
            // add a read event for receive data  
            EventSet(&g_Events[i], nfd, RecvData, &g_Events[i]);  
            EventAdd(g_epollFd, EPOLLIN, &g_Events[i]);  
        }while(0);  
        printf("new conn[%s:%d][time:%d], pos[%d]\n", inet_ntoa(sin.sin_addr),
                ntohs(sin.sin_port), g_Events[i].last_active, i);  
    }  
    // receive data  
    void RecvData(int fd, int events, void *arg)  
    {  
        struct myevent_s *ev = (struct myevent_s*)arg;  
        int len;  
        // receive data
        len = recv(fd, ev->buff+ev->len, sizeof(ev->buff)-1-ev->len, 0);    
        EventDel(g_epollFd, ev);
        if(len > 0)
        {
            ev->len += len;
            ev->buff[len] = '\0';  
            printf("C[%d]:%s\n", fd, ev->buff);  
            // change to send event  
            EventSet(ev, fd, SendData, ev);  
            EventAdd(g_epollFd, EPOLLOUT, ev);  
        }  
        else if(len == 0)  
        {  
            close(ev->fd);  
            printf("[fd=%d] pos[%d], closed gracefully.\n", fd, ev-g_Events);  
        }  
        else  
        {  
            close(ev->fd);  
            printf("recv[fd=%d] error[%d]:%s\n", fd, errno, strerror(errno));  
        }  
    }  
    // send data  
    void SendData(int fd, int events, void *arg)  
    {  
        struct myevent_s *ev = (struct myevent_s*)arg;  
        int len;  
        // send data  
        len = send(fd, ev->buff + ev->s_offset, ev->len - ev->s_offset, 0);
        if(len > 0)  
        {
            printf("send[fd=%d], [%d<->%d]%s\n", fd, len, ev->len, ev->buff);
            ev->s_offset += len;
            if(ev->s_offset == ev->len)
            {
                // change to receive event
                EventDel(g_epollFd, ev);  
                EventSet(ev, fd, RecvData, ev);  
                EventAdd(g_epollFd, EPOLLIN, ev);  
            }
        }  
        else  
        {  
            close(ev->fd);  
            EventDel(g_epollFd, ev);  
            printf("send[fd=%d] error[%d]\n", fd, errno);  
        }  
    }  
    void InitListenSocket(int epollFd, short port)  
    {  
        int listenFd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);  
        fcntl(listenFd, F_SETFL, O_NONBLOCK); // set non-blocking  
        printf("server listen fd=%d\n", listenFd);  
        EventSet(&g_Events[MAX_EVENTS], listenFd, AcceptConn, &g_Events[MAX_EVENTS]);  
        // add listen socket  
        EventAdd(epollFd, EPOLLIN, &g_Events[MAX_EVENTS]);  
        // bind & listen  
        sockaddr_in sin;  
        bzero(&sin, sizeof(sin));  
        sin.sin_family = AF_INET;  
        sin.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;  
        sin.sin_port = htons(port);  
        bind(listenFd, (const sockaddr*)&sin, sizeof(sin));  
        listen(listenFd, 5);  
    }  
    int main(int argc, char **argv)  
    {  
        unsigned short port = 12345; // default port  
        if(argc == 2){  
            port = atoi(argv[1]);  
        }  
        // create epoll  
        g_epollFd = epoll_create(MAX_EVENTS);  
        if(g_epollFd <= 0) printf("create epoll failed.%d\n", g_epollFd);  
        // create & bind listen socket, and add to epoll, set non-blocking  
        InitListenSocket(g_epollFd, port);  
        // event loop  
        struct epoll_event events[MAX_EVENTS];  
        printf("server running:port[%d]\n", port);  
        int checkPos = 0;  
        while(1){  
            // a simple timeout check here, every time 100, better to use a mini-heap, and add timer event  
            long now = time(NULL);  
            for(int i = 0; i < 100; i++, checkPos++) // doesn't check listen fd  
            {  
                if(checkPos == MAX_EVENTS) checkPos = 0; // recycle  
                if(g_Events[checkPos].status != 1) continue;  
                long duration = now - g_Events[checkPos].last_active;  
                if(duration >= 60) // 60s timeout  
                {  
                    close(g_Events[checkPos].fd);  
                    printf("[fd=%d] timeout[%d--%d].\n", g_Events[checkPos].fd, g_Events[checkPos].last_active, now);  
                    EventDel(g_epollFd, &g_Events[checkPos]);  
                }  
            }  
            // wait for events to happen  
            int fds = epoll_wait(g_epollFd, events, MAX_EVENTS, 1000);  
            if(fds < 0){  
                printf("epoll_wait error, exit\n");  
                break;  
            }  
            for(int i = 0; i < fds; i++){  
                myevent_s *ev = (struct myevent_s*)events[i].data.ptr;  
                if((events[i].events&EPOLLIN)&&(ev->events&EPOLLIN)) // read event  
                {  
                    ev->call_back(ev->fd, events[i].events, ev->arg);  
                }  
                if((events[i].events&EPOLLOUT)&&(ev->events&EPOLLOUT)) // write event  
                {  
                    ev->call_back(ev->fd, events[i].events, ev->arg);  
                }  
            }  
        }  
        // free resource  
        return 0;  
    }   
    展开全文
  • 从基础的网络知识开始由浅入深地讲解如何使用C++实现一套支持百万级别并发网络通信引擎。包含:高频并发、多线程、多进程、线程池、内存池、软件硬件瓶颈、如何测试优化网络处理能力等技术知识。可以应用在Windows...
  • 课程太贵,网上资源没有后续,集资购买 C++百万并发网络通信引擎架构与实现(服务端、客户端、跨平台)(1.0青春版) 筹够20人就买。

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  • C++高并发网络架构与实现——完成进度

    千次阅读 多人点赞 2020-11-29 08:36:09
    学会使用C++实现从1个用户连接到10000个用户链接,从每秒1个用户/1个数据包,到1万用户/1百万个数据包,最终实现高并发服务器

    项目持续更新中.............

    C++高并发网络架构与实现——第一篇:https://blog.csdn.net/qq_46423166/article/details/110204891

    目录:

    一,方式:Socket、全栈、跨平台

    二,开发工具

    三,学习计划

    最终任务

    C++高并发网络架构与实现——第二篇:https://blog.csdn.net/qq_46423166/article/details/110205301

    目录:

    一,实现一个客户端与服务器相连接

    二,实现多个客户端与服务器相连接

    三,实现客户端与服务器之间进行多次的信息收发

    C++高并发网络架构与实现——第三篇:https://blog.csdn.net/qq_46423166/article/details/110294956

    目录:

    一,实现简单结构化传输信息,但是不能分辨是否是结构体。

    二,实现通过网络数据报文的格式进行定义传输。

    三,将多次发送包文数据升级为一次收发,主要将结构体进行整合,避免出错。(需要进行数据偏移)

    四,添加一个接收缓冲区。

    五,将服务器端改为select模型,从而实现可以处理多客户端的目标。

    六,服务器升级为select处理多客户端模型,并且可以在某个客户端加入时,提醒已经连接的客户端。

    C++高并发网络架构与实现——第四篇:https://blog.csdn.net/qq_46423166/article/details/110498560

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    一,将客户端和服务器端移植到其他ubuntu和macos系统中,实现跨平台的网络通讯

    二,将客户端和服务器端进行封装,并进行跨平台测试

    C++高并发网络架构与实现——第五篇:https://blog.csdn.net/qq_46423166/article/details/111188752

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    一,解决客户端粘包分包问题

    二,解决服务器粘包分包问题

    三,突破windows下64连接的限制,并且添加高精度计时器功能

    C++高并发网络架构与实现——第五篇:https://blog.csdn.net/qq_46423166/article/details/111239592

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    一,将客户端改为多线程

    二,为服务器添加多线程处理消息

    三,添加客户端退出事件,并且对代码进行注解,补充,代码调整

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  • C++高并发网络架构与实现——第一篇

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    千次阅读 2019-02-26 19:18:31
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    千次阅读 2019-06-02 20:48:49
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    千次阅读 2012-05-21 09:52:03
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空空如也

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