Epollout詳解

一、Epollout簡介

Epoll是Linux內核提供的一種IO復用機制，它可以監視多描述符I/O事件，使用一個文件描述符，可以同時檢查多個描述符是否有事件發生。epoll在處理大量Socket連接上有相當的優勢。而epollout是epoll中的一種事件類型，可以用於監控Socket的可寫事件。當一個Socket的可寫事件被觸發時，epollout會在該Socket不再是不可寫狀態時通知應用程序。

在epoll的API中，我們可以通過epoll_ctl函數註冊fd的事件，而EPOLLOUT就是其中之一，例如：

#include <sys/epoll.h>
struct epoll_event event = {0};
event.data.fd = sockfd;
event.events = EPOLLOUT | EPOLLET; // 註冊可寫事件
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, sockfd, &event);

二、如何使用Epollout

當Socket的可寫事件被觸發時，我們可以調用send函數發送數據。由於Socket的緩衝區是有限的，如果一次性發送大量數據，可能會導致Socket的緩衝區滿了，send函數會返回一個EAGAIN或EWOULDBLOCK錯誤，表示緩衝區已滿，需要等待Socket變得可寫。

如何處理這個錯誤？我們可以在epollout事件被觸發時，將待發送的數據存放到一個緩衝區中，每次調用epoll_wait檢查是否有可寫事件時，再根據Socket緩衝區的可用空間大小，從緩衝區中取出一定數量的數據發送，直到全部發送完畢。

char buf[MAX_BUF_SIZE];
int total_len = strlen(msg);
int sent_len = 0;
while (sent_len < total_len) {
    int left_len = total_len - sent_len;
    int data_len = MIN(left_len, MAX_BUF_SIZE);
    memcpy(buf, msg + sent_len, data_len);
    int ret = send(sockfd, buf, data_len, 0);
    if (ret <= 0) {
        if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK) {
            // 等待下一輪EPOLLOUT事件
            break;
        }
        else {
            // 發送失敗
            return -1;
        }
    }
    sent_len += ret;
}
if (sent_len == total_len) {
    // 發送成功
    return 0;
}
else {
    // 等待下一輪EPOLLOUT事件
    return 1;
}

三、Epollout的注意事項

在使用epollout時，需要注意以下事項：

• EPOLLOUT事件只通知Socket可寫，但並不保證發送數據成功，還需要調用send函數檢查返回值。
• 如果Socket的緩衝區已滿，為避免CPU過高佔用，可以在epollout事件被觸發時，等待一定時間再次檢查Socket是否可寫。
• 在使用EPOLLOUT事件時，需要將Socket設置為非阻塞模式。

四、完整的代碼示例

以下是一個基於epollout的Socket服務器的完整代碼示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/epoll.h>

#define PORT 8888
#define MAX_EVENTS 1024
#define MAX_BUF_SIZE 1024
#define MIN(a, b) ((a) < (b) ? (a) : (b))

int setnonblocking(int sockfd) {
    int flag = fcntl(sockfd, F_GETFL, 0);
    if (flag == -1) {
        return -1;
    }
    flag |= O_NONBLOCK;
    if (fcntl(sockfd, F_SETFL, flag) == -1) {
        return -1;
    }
    return 0;
}

int main() {
    // 創建Socket
    int listen_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (listen_fd == -1) {
        perror("socket");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 設置Socket為非阻塞模式
    if (setnonblocking(listen_fd) == -1) {
        perror("setnonblocking");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 綁定端口
    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(PORT);
    addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    if (bind(listen_fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)) == -1) {
        perror("bind");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 監聽端口
    if (listen(listen_fd, SOMAXCONN) == -1) {
        perror("listen");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 創建epoll句柄
    int epoll_fd = epoll_create1(0);
    if (epoll_fd == -1) {
        perror("epoll_create1");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 將監聽Socket的可讀事件註冊到epoll中
    struct epoll_event event = {0};
    event.data.fd = listen_fd;
    event.events = EPOLLIN | EPOLLET;
    if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, listen_fd, &event) == -1) {
        perror("epoll_ctl");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 主循環
    struct epoll_event events[MAX_EVENTS];
    char buf[MAX_BUF_SIZE];
    while (1) {
        // 等待事件
        int nevents = epoll_wait(epoll_fd, events, MAX_EVENTS, -1);
        if (nevents == -1) {
            perror("epoll_wait");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }

        // 處理事件
        for (int i = 0; i < nevents; ++i) {
            int fd = events[i].data.fd;
            if (fd == listen_fd) {
                // 處理新連接
                while (1) {
                    struct sockaddr_in client_addr;
                    socklen_t client_addr_len = sizeof(client_addr);
                    int client_fd = accept(listen_fd, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_addr_len);
                    if (client_fd == -1) {
                        if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK) {
                            // 已處理完全部連接
                            break;
                        }
                        else {
                            perror("accept");
                            break;
                        }
                    }
                    else {
                        printf("New client connected: %s:%d\n", inet_ntoa(client_addr.sin_addr), client_addr.sin_port);

                        // 設置連接Socket為非阻塞模式
                        if (setnonblocking(client_fd) == -1) {
                            perror("setnonblocking");
                            break;
                        }

                        // 將連接Socket的可寫事件也註冊到epoll中
                        event.data.fd = client_fd;
                        event.events = EPOLLOUT | EPOLLET;
                        if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, client_fd, &event) == -1) {
                            perror("epoll_ctl");
                            break;
                        }
                    }
                }
            }
            else {
                // 處理已連接Socket的可寫事件
                int total_len = strlen(msg);
                int sent_len = 0;
                while (sent_len < total_len) {
                    int left_len = total_len - sent_len;
                    int data_len = MIN(left_len, MAX_BUF_SIZE);
                    memcpy(buf, msg + sent_len, data_len);
                    int ret = send(sockfd, buf, data_len, 0);
                    if (ret <= 0) {
                        if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK) {
                            // 設置EPOLLOUT事件
                            event.data.fd = fd;
                            event.events = EPOLLOUT | EPOLLET;
                            if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_MOD, fd, &event) == -1) {
                                perror("epoll_ctl");
                                break;
                            }
                            break;
                        }
                        else {
                            perror("send");
                            break;
                        }
                    }
                    sent_len += ret;
                }
                if (sent_len == total_len) {
                    printf("Send successfully\n");
                    close(fd);
                }
            }
        }
    }

    return 0;
}