网络编程epoll和udp

|---|--------------------------------------------|
| | # epoll模型核心要点 |
| | |
| | ## 1. epoll核心概念 |
| | ### 1.1 高效IO多路复用 |
| | - 监视列表与激活列表分离 |
| | - 内核使用红黑树存储描述符 |
| | - 边缘触发模式(EPOLLET)支持 |
| | |
| | ### 1.2 事件触发机制 |
| | - **水平触发(LT)**： |
| | - 默认模式，类似select/poll |
| | - 数据未读完持续触发事件 |
| | - **边缘触发(ET)**： |
| | - 需手动设置EPOLLET标志 |
| | - 数据到达仅触发一次事件 |
| | - 必须搭配非阻塞IO使用 |
| | |
| | ## 2. 关键操作函数 |
| | ### 2.1 epoll_create1 |
| | ```````c```` |
| | int epfd = epoll_create1(EPOLL_CLOEXEC); |

创建epoll实例
EPOLL_CLOEXEC标志自动关闭文件描述符

2.2 epoll_ctl

复制代码

epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &event);

操作类型：
- EPOLL_CTL_ADD 添加描述符
- EPOLL_CTL_MOD 修改事件
- EPOLL_CTL_DEL 删除描述符
事件结构体：

|---|-------------------------------------------------|
| | struct epoll_event { |
| | uint32_t events; // EPOLLIN/EPOLLOUT/EPOLLERR |
| | epoll_data_t data; // 携带用户数据 |
| | }; |

2.3 epoll_wait

复制代码

int num = epoll_wait(epfd, events, maxevents, timeout);

阻塞等待事件触发
参数：
- timeout=-1永久阻塞
- timeout=0非阻塞
返回激活事件数量

3. 服务器实现流程

3.1 初始化阶段

|---|-----------------------------------------------------|
| | // 创建TCP套接字 |
| | int sfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); |
| | // 绑定地址 |
| | bind(sfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)); |
| | // 设置监听队列 |
| | listen(sfd, 5); |
| | // 创建epoll实例 |
| | int epfd = epoll_create1(EPOLL_CLOEXEC); |

3.2 事件处理循环

接受新连接：

|---|------------------------------------------------------|
| | int client_fd = accept(sfd, ...); |
| | // 设置非阻塞模式 |
| | fcntl(client_fd, F_SETFL, O_NONBLOCK); |
| | // 添加至epoll监视 |
| | epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, client_fd, &event); |

处理数据接收：

|---|-------------------------------------------|
| | while(recv() > 0) { // 边缘触发需循环读取 |
| | printf("Received: %s", buf); |
| | if(errno == EAGAIN) break; // 非阻塞模式退出条件 |
| | } |

异常处理：

|---|--------------------------------------------------|
| | if(ret == 0) { // 客户端关闭 |
| | epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, fd_temp, NULL); |
| | close(fd_temp); |
| | } |

4. 模型对比

特性	select	poll	epoll
数据结构	位图(1024限制)	结构体数组	红黑树
时间复杂度	O(n)线性扫描	O(n)线性扫描	O(1)回调通知
触发模式	仅水平触发	仅水平触发	支持边缘触发
内存拷贝	每次全量复制	每次全量复制	增量操作
适用场景	低并发/跨平台	中等并发	高并发/Linux专用

5. 客户端实现要点

5.1 非阻塞IO设置

|---|-------------------------------------------|
| | int flags = fcntl(fd, F_GETFL); |
| | fcntl(fd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK); |

5.2 数据发送处理

|---|--------------------------------------------------|
| | while(1) { |
| | fgets(buf, sizeof(buf), stdin); |
| | send(sfd, buf, strlen(buf), 0); // 边缘触发需保证完全发送 |
| | if(errno == EAGAIN) usleep(1000); // 流量控制 |
| | } |

6. 特殊场景处理

6.1 多客户端通信

服务端维护客户端映射表
使用epoll_data携带会话上下文

event.data.ptr = &client_ctx; // 传递自定义数据结构

6.2 心跳检测机制

定时器队列管理连接状态
EPOLLERR事件处理异常断开

|---|------------------------------------------------|
| | # UDP套接字通信核心要点 |
| | |
| | ## 1. UDP协议特性 |
| | ### 基础特征 |
| | - 无连接不可靠传输 |
| | - 数据报独立发送 |
| | - 支持数据顺序错乱 |
| | - 效率高延迟低 |
| | |
| | ### 适用场景 |
| | - 实时音视频传输 |
| | - 在线游戏数据交互 |
| | - 广播/组播通信 |
| | |
| | ## 2. 核心函数解析 |
| | ### socket创建 |
| | ```````c```` |
| | int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); |

协议族必须为AF_INET
类型指定SOCK_DGRAM

数据接收

|---|------------------------------------------------------------------|
| | ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, |
| | struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen); |

获取发送方地址信息
flags支持阻塞/非阻塞模式

数据发送

|---|----------------------------------------------------------------------|
| | ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, |
| | const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen); |

必须指定目标地址
单次发送上限4096字节

connect特殊用法

内核预存目标地址信息
允许使用send/recv简化调用
可多次调用更改目标地址

3. 服务器实现流程

核心步骤

创建DGRAM类型套接字
绑定固定IP和端口
循环接收客户端消息
响应消息附加处理标识

关键代码段

|---|---------------------------------------------------------|
| | struct sockaddr_in cliaddr; |
| | socklen_t len = sizeof(cliaddr); |
| | ret = recvfrom(sockfd, buf, sizeof(buf), 0, |
| | (struct sockaddr*)&cliaddr, &len); |
| | sendto(sockfd, modified_buf, strlen(modified_buf), 0, |
| | (struct sockaddr*)&cliaddr, len); |

4. 客户端实现模式

基础版本

每次发送指定目标地址
内核自动管理地址缓存

高效版本

|---|-----------------------------------------------------------------|
| | connect(sockfd, (struct sockaddr*)&seraddr, sizeof(seraddr)); |
| | send(sockfd, buf, strlen(buf), 0); |

内核持续存储目标地址
减少地址解析开销

5. 特殊处理机制

地址重置

|---|---------------------------------------------------------------|
| | struct sockaddr_in unspec = { .sin_family = AF_UNSPEC }; |
| | connect(sockfd, (struct sockaddr*)&unspec, sizeof(unspec)); |

清除内核缓存的地址
恢复原始发送模式

错误检测

recvfrom返回0表示空数据包
errno==EAGAIN时处理非阻塞状态
发送失败需重试或记录日志

6. 与TCP对比差异

特性	UDP	TCP
连接方式	无连接	三次握手建立连接
数据边界	保留报文边界	字节流形式
可靠性	不保证数据完整	可靠传输
资源消耗	低	高
适用场景	实时性要求高的场景	数据完整性场景

7. 性能优化方向

使用连接式UDP减少系统调用
设置SO_RCVBUF/SO_SNDBUF
采用非阻塞IO+epoll多路复用
实现应用层重传机制