Redis的实现二: c、c++的网络通信编程技术，让服务器处理多个client

看过上期的都知道，我是搞java的，所以对这些可能理解不是很清楚，各位看完可以尽情发言。

事件循环和非阻塞IO

在服务器端网络编程中，有三种处理并发连接的方法。

它们是:分叉、多线程 和事件循环 。分叉为每个客户端连接创建新进程，以实现并发性。多线程使用线程而不是进程。事件循环使用轮询和非阻塞IO，通常在单个线程上运行。由于进程和线程的开销，大多数现代生产级软件使用事件循环进行网络连接。

我们服务器的事件循环的简化伪代码是:

cpp 复制代码

all_fds = [...]
while True:
    active_fds = poll(all_fds)
for each fd in active_fds:
    do_something_with(fd)
def do_something_with(fd):
    if fd is a listening socket:
        add_new_client(fd)
   elif fd is a client connection:
   while work_not_done(fd):
       do_something_to_client(fd)
  def do_something_to_client(fd):
  if should_read_from(fd):
     data = read_until_EAGAIN(fd)
    process_incoming_data(data)
  while should_write_to(fd):
  write_until_EAGAIN(fd)
if should_close(fd):
  destroy_client(fd)

all_fds 是一个包含所有需要监控的文件描述符的列表。
while True: 是一个无限循环，它会一直运行，直到程序被外部中断。
active_fds = poll(all_fds) 调用poll函数，返回一个包含所有准备好进行I/O操作的文件描述符的列表。
for each fd in active_fds: 遍历这个列表，对每个文件描述符执行相应的操作。
do_something_with(fd) 是一个函数，根据文件描述符的类型执行相应的操作。
def do_something_with(fd): 定义了这个函数。
if fd is a listening socket: 如果文件描述符是一个监听套接字，那么调用 add_new_client(fd) 函数添加新的客户端连接。
elif fd is a client connection: 如果文件描述符是一个客户端连接，那么进入一个循环，直到工作完成为止。在这个循环中，调用 do_something_to_client(fd) 函数处理客户端的数据。
def do_something_to_client(fd): 定义了这个函数。
if should_read_from(fd): 如果应该从文件描述符读取数据，那么调用 read_until_EAGAIN(fd) 函数读取数据，然后调用 process_incoming_data(data) 函数处理数据。
while should_write_to(fd): 如果应该向文件描述符写入数据，那么调用 write_until_EAGAIN(fd) 函数写入数据。
if should_close(fd): 如果应该关闭文件描述符，那么调用 destroy_client(fd) 函数销毁客户端连接。

我们不只是对fd做一些事情(读、写或接受)，而是使用轮询操作来告诉我们哪些fd可以立即操作而不阻塞。当我们在fd上执行IO操作时，该操作应该在非阻塞模式下执行。

epoll的使用

在Linux上，除了poll系统调用，还有select和epoll。古老的select系统调用基本上与轮询相同，只是最大fd数被限制为一个小数目，这使得它在现代应用程序中已经过时了。epoll API由3个系统调用组成:epoll_create、epoll_wait和epoll_ctl。epoll API是有状态的，而不是提供一组fd作为系统调用参数，epoll_ctl用于操作由epoll_create创建的fd集，epoll_wait正在对其进行操作。

epoll API执行与poll()类似的任务:监视多个文件描述符，以查看其中任何一个文件是否可以进行I/O操作。epoll API可以用作边缘触发或水平触发接口，并且可以很好地扩展到大量监视的文件描述符。以下提供系统调用来创建和管理epoll实例:

**epoll_create()**创建一个epoll实例并返回一个引用该实例的文件描述符。

然后通过**epoll_ctl()**注册对特定文件描述符的兴趣。当前在epoll上注册的文件描述符集，实例有时称为epoll集。

**epoll_wait()**等待I/O事件，如果当前没有事件可用，则阻塞调用线程。

cpp 复制代码

           #define MAX_EVENTS 10
           struct epoll_event ev, events[MAX_EVENTS];
           int listen_sock, conn_sock, nfds, epollfd;

           /* Set up listening socket, 'listen_sock' (socket(),
              bind(), listen()) */

           epollfd = epoll_create(10);
           if (epollfd == -1) {
               perror("epoll_create");
               exit(EXIT_FAILURE);
           }

           ev.events = EPOLLIN;
           ev.data.fd = listen_sock;
           if (epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, listen_sock, &ev) == -1) {
               perror("epoll_ctl: listen_sock");
               exit(EXIT_FAILURE);
           }
               for (;;) {
               nfds = epoll_wait(epollfd, events, MAX_EVENTS, -1);
               if (nfds == -1) {
                   perror("epoll_pwait");
                   exit(EXIT_FAILURE);
               }

               for (n = 0; n < nfds; ++n) {
                   if (events[n].data.fd == listen_sock) {
                       conn_sock = accept(listen_sock,
                                       (struct sockaddr *) &local, &addrlen);
                       if (conn_sock == -1) {
                           perror("accept");
                           exit(EXIT_FAILURE);
                       }
                       setnonblocking(conn_sock);
                       ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;
                       ev.data.fd = conn_sock;
                       if (epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, conn_sock,
                                   &ev) == -1) {
                           perror("epoll_ctl: conn_sock");
                           exit(EXIT_FAILURE);
                       }
                   } else {
                       do_use_fd(events[n].data.fd);
                   }
               }
           }

这段代码的主要功能是创建一个监听套接字，并使用epoll机制来处理客户端连接请求。以下是代码的详细解析：

#define MAX_EVENTS 10：定义了一个宏常量MAX_EVENTS，表示最多可以处理的事件数量为10。
struct epoll_event ev, events[MAX_EVENTS];：定义了一个结构体数组events，用于存储epoll事件。每个事件由一个epoll_event结构体表示。
int listen_sock, conn_sock, nfds, epollfd;：定义了四个整型变量，分别表示监听套接字、新连接的套接字、返回的文件描述符数量和epoll实例的文件描述符。
epollfd = epoll_create(10);：创建了一个epoll实例，最大文件描述符数量为10。如果创建失败，将打印错误信息并退出程序。
ev.events = EPOLLIN;：设置事件类型为可读事件（EPOLLIN）。
ev.data.fd = listen_sock;：将监听套接字的文件描述符设置为事件的关联数据。
if (epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, listen_sock, &ev) == -1)：将监听套接字添加到epoll实例中，以便接收新的连接请求。如果添加失败，将打印错误信息并退出程序。
for (;;)：无限循环，不断处理事件。
nfds = epoll_wait(epollfd, events, MAX_EVENTS, -1);：调用epoll_wait函数等待事件发生。参数-1表示等待所有类型的事件。返回值表示实际发生的事件数量。如果发生错误，将打印错误信息并退出程序。
for (n = 0; n < nfds; ++n)：遍历所有发生的事件。
if (events[n].data.fd == listen_sock)：判断事件是否与监听套接字相关联。如果是，表示有新的连接请求。
conn_sock = accept(listen_sock, (struct sockaddr *) &local, &addrlen);：接受新的连接请求，并将新连接的套接字赋值给conn_sock。如果接受失败，将打印错误信息并退出程序。
setnonblocking(conn_sock);：将新连接的套接字设置为非阻塞模式，以便后续处理。
ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;：设置事件类型为可读事件（EPOLLIN），并启用边缘触发（EPOLLET）。
ev.data.fd = conn_sock;：将新连接的套接字的文件描述符设置为事件的关联数据。
if (epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, conn_sock, &ev) == -1)：将新连接的套接字添加到epoll实例中，以便后续处理。如果添加失败，将打印错误信息并退出程序。
else：如果事件与监听套接字无关，表示是一个已连接的客户端发送的数据。调用do_use_fd函数进行处理。