linux下I/O模型并发的epoll多进程池协程实现

方法1

主要思路：

  1. 定义了一个EventData结构体，用于存储事件相关的数据，如文件描述符、epoll 文件描述符、协程 ID 等。
  2. EchoDeal函数用于处理请求消息，并生成响应消息。
  3. handlerClient函数是协程的执行函数，用于处理客户端连接。它通过循环读取数据、解析请求、执行业务处理、发送响应等步骤，实现了对客户端请求的处理。
  4. handler函数是主函数，用于创建监听套接字、初始化 epoll、设置非阻塞模式、添加读事件等操作。然后进入一个循环，通过 epoll_wait 等待事件发生，并根据事件类型进行相应的处理，如接受新连接、处理客户端请求等。
  5. 在主函数中，通过 fork 创建多个子进程，每个子进程都执行handler函数，从而实现多进程并发处理。

示例代码： 

#include <arpa/inet.h>  // 包含网络地址转换相关的头文件
#include <assert.h>  // 包含断言相关的头文件
#include <fcntl.h>  // 包含文件控制相关的头文件
#include <netinet/in.h>  // 包含网络协议相关的头文件
#include <stdio.h>  // 包含标准输入输出相关的头文件
#include <stdlib.h>  // 包含标准库相关的头文件
#include <sys/epoll.h>  // 包含 epoll 相关的头文件
#include <sys/socket.h>  // 包含套接字相关的头文件
#include <unistd.h>  // 包含 Unix 标准相关的头文件#include <iostream>  // 包含 C++ 的输入输出流头文件#include "../coroutine.h"  // 包含自定义的协程相关头文件
#include "../epollctl.hpp"  // 包含自定义的 epoll 控制相关头文件// 定义 EventData 结构体，用于存储事件相关的数据
struct EventData {  EventData(int fd, int epoll_fd) : fd_(fd), epoll_fd_(epoll_fd){};  // 构造函数，初始化成员变量int fd_{0};  // 文件描述符int epoll_fd_{0};  // epoll 文件描述符int cid_{MyCoroutine::INVALID_ROUTINE_ID};  // 协程 IDMyCoroutine::Schedule *schedule_{nullptr};  // 协程调度器指针
};  // 结构体定义结束// EchoDeal 函数，用于处理请求消息，并生成响应消息
void EchoDeal(const std::string reqMessage, std::string &respMessage) { respMessage = reqMessage; }  // 函数定义结束// handlerClient 函数，协程的执行函数，用于处理客户端连接
void handlerClient(void *arg) {  EventData *eventData = (EventData *)arg;  // 将传入的 void* 指针转换为 EventData* 指针auto releaseConn = [&eventData]() {  // 定义一个匿名函数用于释放连接资源EchoServer::ClearEvent(eventData->epoll_fd_, eventData->fd_);  // 清除事件delete eventData;  // 释放内存};ssize_t ret = 0;  // 用于存储读取或写入的返回值EchoServer::Codec codec;  // 编解码器对象std::string reqMessage;  // 请求消息字符串std::string respMessage;  // 响应消息字符串while (true) {  // 读操作循环uint8_t data[100];  // 数据缓冲区ret = read(eventData->fd_, data, 100);  // 尝试从文件描述符读取数据if (ret == 0) {  // 对端关闭连接perror("peer close connection");  // 打印错误信息releaseConn();  // 释放连接资源return;  // 函数返回}if (ret < 0) {  // 读取错误if (EINTR == errno) continue;  // 被中断，继续尝试读取if (EAGAIN == errno or EWOULDBLOCK == errno) {  // 无数据可读MyCoroutine::CoroutineYield(*eventData->schedule_);  // 让出 CPUcontinue;  // 继续下一次循环}perror("read failed");  // 打印读取失败的错误信息releaseConn();  // 释放连接资源return;  // 函数返回}codec.DeCode(data, ret);  // 解码读取的数据if (codec.GetMessage(reqMessage)) {  // 从解码数据中获取完整的请求消息break;  // 跳出读循环}}// 执行到这里说明已经读取到一个完整的请求EchoDeal(reqMessage, respMessage);  // 调用处理函数生成响应EchoServer::Packet pkt;  // 数据包对象codec.EnCode(respMessage, pkt);  // 对响应进行编码EchoServer::ModToWriteEvent(eventData->epoll_fd_, eventData->fd_, eventData);  // 切换为监听可写事件ssize_t sendLen = 0;  // 已发送数据的长度while (sendLen!= pkt.Len()) {  // 写操作循环ret = write(eventData->fd_, pkt.Data() + sendLen, pkt.Len() - sendLen);  // 尝试写入数据if (ret < 0) {  // 写入错误if (EINTR == errno) continue;  // 被中断，继续尝试写入if (EAGAIN == errno or EWOULDBLOCK == errno) {  // 不可写MyCoroutine::CoroutineYield(*eventData->schedule_);  // 让出 CPUcontinue;  // 继续下一次循环}perror("write failed");  // 打印写入失败的错误信息releaseConn();  // 释放连接资源return;  // 函数返回}sendLen += ret;  // 更新已发送数据的长度}releaseConn();  // 释放连接资源
}// handler 函数，主函数，用于创建监听套接字、初始化 epoll、设置非阻塞模式、添加读事件等操作
void handler(char *argv[]) {  int sockFd = EchoServer::CreateListenSocket(argv[1], atoi(argv[2]), true);  // 创建监听套接字if (sockFd < 0) {  // 如果创建失败return;  // 函数返回}epoll_event events[2048];  // epoll 事件数组int epollFd = epoll_create(1024);  // 创建 epoll 实例if (epollFd < 0) {  // 如果创建失败perror("epoll_create failed");  // 打印错误信息return;  // 函数返回}EventData eventData(sockFd, epollFd);  // 创建事件数据对象EchoServer::SetNotBlock(sockFd);  // 设置套接字为非阻塞EchoServer::AddReadEvent(epollFd, sockFd, &eventData);  // 添加可读事件MyCoroutine::Schedule schedule;  // 协程调度器MyCoroutine::ScheduleInit(schedule, 10000);  // 初始化协程池int msec = -1;  // 超时时间while (true) {  // 无限循环int num = epoll_wait(epollFd, events, 2048, msec);  // 等待 epoll 事件if (num < 0) {  // 如果等待失败perror("epoll_wait failed");  // 打印错误信息continue;  // 继续下一次循环} else if (num == 0) {  // 超时无事件sleep(0);  // 让出 CPUmsec = -1;  // 下次超时时间设置为 -1continue;  // 继续下一次循环}msec = 0;  // 下次大概率还有事件，故 msec 设置为 0for (int i = 0; i < num; i++) {  // 处理事件EventData *eventData = (EventData *)events[i].data.ptr;  // 获取事件数据指针if (eventData->fd_ == sockFd) {  // 是监听套接字的事件EchoServer::LoopAccept(sockFd, 2048, [epollFd](int clientFd) {EventData *eventData = new EventData(clientFd, epollFd);  // 创建新的事件数据对象EchoServer::SetNotBlock(clientFd);  // 设置套接字为非阻塞EchoServer::AddReadEvent(epollFd, clientFd, eventData);  // 监听可读事件});continue;  // 继续下一次循环}if (eventData->cid_ == MyCoroutine::INVALID_ROUTINE_ID) {  // 第一次事件，则创建协程if (MyCoroutine::CoroutineCanCreate(schedule)) {  // 可以创建协程eventData->schedule_ = &schedule;  // 设置协程调度器eventData->cid_ = MyCoroutine::CoroutineCreate(schedule, handlerClient, eventData, 0);  // 创建协程MyCoroutine::CoroutineResumeById(schedule, eventData->cid_);  // 唤醒刚刚创建的协程处理客户端请求} else {std::cout << "MyCoroutine is full" << std::endl;  // 输出协程已满的信息}} else {MyCoroutine::CoroutineResumeById(schedule, eventData->cid_);  // 唤醒之前主动让出 cpu 的协程}}MyCoroutine::ScheduleTryReleaseMemory(schedule);  // 尝试释放协程内存}
}// main 函数
int main(int argc, char *argv[]) {  if (argc!= 3) {  // 如果命令行参数数量不正确std::cout << "invalid input" << std::endl;  // 输出错误信息std::cout << "example:./EpollReactorProcessPoolCoroutine 0.0.0.0 1688" << std::endl;  // 给出正确用法示例return -1;  // 程序返回 -1}for (int i = 0; i < EchoServer::GetNProcs(); i++) {  // 循环创建子进程pid_t pid = fork();  // 创建进程if (pid < 0) {  // 创建失败perror("fork failed");  // 打印错误信息continue;  // 继续下一次循环}if (0 == pid) {  // 子进程handler(argv);  // 处理客户端请求exit(0);  // 子进程退出}}while (true) sleep(1);  // 父进程进入死循环return 0;  // 程序正常结束返回 0
}

方法2:

思路：

  1. main 函数首先检查命令行参数数量是否正确。
  2. 然后通过循环创建子进程。
  3. 子进程调用 handler 函数。
  4. 在 handler 函数中，创建监听套接字和 epoll 实例，设置套接字为非阻塞并添加可读事件，初始化协程调度器。
  5. 进入一个无限循环，通过 epoll_wait 等待事件发生。
  6. 根据事件的类型进行处理：
    • 如果是监听套接字的事件，处理新的连接。
    • 对于客户端连接的事件，如果是第一次事件则创建协程并唤醒，否则唤醒已有的协程。
  7. 协程中的 handlerClient 函数处理客户端的读写操作。
#include <arpa/inet.h>
#include <assert.h>
#include <fcntl.h>
#include <netinet/in.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>#include <iostream>#include "../coroutine.h"
#include "../epollctl.hpp"// 定义事件数据结构体
struct EventData {EventData(int fd, int epoll_fd) : fd_(fd), epoll_fd_(epoll_fd){};  // 构造函数int fd_{0};  // 文件描述符int epoll_fd_{0};  // epoll 文件描述符int cid_{MyCoroutine::INVALID_ROUTINE_ID};  // 协程 IDMyCoroutine::Schedule *schedule_{nullptr};  // 协程调度器指针
};// 处理请求并生成响应的函数
void EchoDeal(const std::string reqMessage, std::string &respMessage) { respMessage = reqMessage; }// 处理客户端的函数
void handlerClient(void *arg) {EventData *eventData = (EventData *)arg;  // 获取事件数据指针auto releaseConn = [&eventData]() {  // 定义释放连接的匿名函数EchoServer::ClearEvent(eventData->epoll_fd_, eventData->fd_);delete eventData;  // 释放内存};ssize_t ret = 0;  // 读取结果EchoServer::Codec codec;  // 编解码器对象std::string reqMessage;  // 请求消息std::string respMessage;  // 响应消息while (true) {  // 读操作循环uint8_t data[100];  // 数据缓冲区ret = read(eventData->fd_, data, 100);  // 尝试读取数据if (ret == 0) {  // 对端关闭连接perror("peer close connection");releaseConn();return;}if (ret < 0) {  // 读取错误if (EINTR == errno) continue;  // 被中断，继续尝试if (EAGAIN == errno or EWOULDBLOCK == errno) {  // 无数据可读MyCoroutine::CoroutineYield(*eventData->schedule_);  // 让出 CPUcontinue;}perror("read failed");releaseConn();return;}codec.DeCode(data, ret);  // 解码数据if (codec.GetMessage(reqMessage)) {  // 获取完整请求break;}}// 执行到这里说明已经读取到一个完整的请求EchoDeal(reqMessage, respMessage);  // 处理请求生成响应EchoServer::Packet pkt;codec.EnCode(respMessage, pkt);  // 编码响应EchoServer::ModToWriteEvent(eventData->epoll_fd_, eventData->fd_, eventData);  // 切换为监听可写事件ssize_t sendLen = 0;  // 已发送长度while (sendLen!= pkt.Len()) {  // 写操作循环ret = write(eventData->fd_, pkt.Data() + sendLen, pkt.Len() - sendLen);  // 尝试写入if (ret < 0) {  // 写入错误if (EINTR == errno) continue;  // 被中断，继续尝试if (EAGAIN == errno or EWOULDBLOCK == errno) {  // 不可写MyCoroutine::CoroutineYield(*eventData->schedule_);  // 让出 CPUcontinue;}perror("write failed");releaseConn();return;}sendLen += ret;  // 更新已发送长度}releaseConn();  // 释放连接资源
}// 主处理函数
void handler(char *argv[]) {int sockFd = EchoServer::CreateListenSocket(argv[1], atoi(argv[2]), true);  // 创建监听套接字if (sockFd < 0) {return;}epoll_event events[2048];  // epoll 事件数组int epollFd = epoll_create(1024);  // 创建 epoll 实例if (epollFd < 0) {perror("epoll_create failed");return;}EventData eventData(sockFd, epollFd);  // 创建事件数据对象EchoServer::SetNotBlock(sockFd);  // 设置套接字为非阻塞EchoServer::AddReadEvent(epollFd, sockFd, &eventData);  // 添加可读事件MyCoroutine::Schedule schedule;  // 协程调度器MyCoroutine::ScheduleInit(schedule, 10000);  // 初始化协程池int msec = -1;  // 超时时间while (true) {int num = epoll_wait(epollFd, events, 2048, msec);  // 等待 epoll 事件if (num < 0) {  // 等待失败perror("epoll_wait failed");continue;} else if (num == 0) {  // 超时无事件sleep(0);  // 让出 CPUmsec = -1;  // 下次超时时间设置为 -1continue;}msec = 0;  // 有事件，下次超时时间设置为 0for (int i = 0; i < num; i++) {  // 处理事件EventData *eventData = (EventData *)events[i].data.ptr;if (eventData->fd_ == sockFd) {  // 是监听套接字的事件EchoServer::LoopAccept(sockFd, 2048, [epollFd](int clientFd) {EventData *eventData = new EventData(clientFd, epollFd);EchoServer::SetNotBlock(clientFd);EchoServer::AddReadEvent(epollFd, clientFd, eventData);  // 处理新连接});continue;}if (eventData->cid_ == MyCoroutine::INVALID_ROUTINE_ID) {  // 第一次事件if (MyCoroutine::CoroutineCanCreate(schedule)) {  // 可以创建协程eventData->schedule_ = &schedule;eventData->cid_ = MyCoroutine::CoroutineCreate(schedule, handlerClient, eventData, 0);  // 创建协程MyCoroutine::CoroutineResumeById(schedule, eventData->cid_);  // 唤醒协程} else {std::cout << "MyCoroutine is full" << std::endl;}} else {MyCoroutine::CoroutineResumeById(schedule, eventData->cid_);  // 唤醒已有协程}}MyCoroutine::ScheduleTryReleaseMemory(schedule);  // 尝试释放协程内存}
}int main(int argc, char *argv[]) {if (argc!= 3) {  // 检查命令行参数数量std::cout << "invalid input" << std::endl;std::cout << "example:./EpollReactorProcessPoolCoroutine 0.0.0.0 1688" << std::endl;return -1;}for (int i = 0; i < EchoServer::GetNProcs(); i++) {  // 循环创建子进程pid_t pid = fork();  // 创建进程if (pid < 0) {  // 创建失败perror("fork failed");continue;}if (0 == pid) {  // 子进程handler(argv);  // 处理客户端请求exit(0);}}while (true) sleep(1);  // 父进程进入死循环return 0;
}

总的来说，程序通过多进程和协程的结合，实现了对客户端连接的处理和高效的 I/O 操作。

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