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基于epoll实现简单的web服务器

發布時間：2025/3/21 编程问答 25 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了基于epoll实现简单的web服务器小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

1. 簡介

epoll 是 Linux 平臺下特有的一種 I/O 復用模型實現，于 2002 年在 Linux kernel 2.5.44 中被引入。在 epoll 之前，Unix/Linux 平臺下的 I/O 復用模型包含 select 和 poll 兩個系統調用。隨著因特網的發展，因特網的用戶量越來越大，C10K 問題出現。基于 select 和 poll 編寫的網絡服務已經不能滿足不能滿足用戶的需求了，業界迫切希望更高效的系統調用出現。在此背景下，FreeBSD 的 kqueue 和 Linux 的 epoll 被研發了出來。kqueue 和 epoll 的出現，終結了 C10K 問題，C10K 問題就此作古。

因為 Linux 系統的廣泛應用，所以大家在說 I/O 復用時，更多的是想到了 epoll，而不是 kqueue，本文也不例外。本篇文章不會涉及 kqueue，大家有興趣可以自己看看。

?2. 基于 epoll 實現 web 服務器

在 Linux 中，epoll 并不是一個系統調用，而是 epoll_create、epoll_ctl 和 epoll_wait 三個系統調用的統稱。關于這三個系統調用的細節，這里就不說明了，大家可以自己去查 man-page。接下來，我們來直接看一個例子，這個例子基于 epoll 和?TinyHttpd?實現了一個 I/O 復用版的 HTTP Server。在上代碼前，我們先來演示這個玩具版 HTTP Server 的效果。

上面就是玩具版 HTTP Server 的運行效果了，看起來還行。在我第一次把它成功跑起來的時候，感覺很奇妙。好了，看完效果，接下來看代碼吧，如下：

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#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> #include <sys/sysinfo.h> #include <sys/epoll.h> #include <signal.h> #include <fcntl.h> #include <sys/wait.h> #include <sys/types.h> #include "httpd.h"#define DEFAULT_PORT 8080 #define MAX_EVENT_NUM 1024 #define INFTIM -1void process(int);void handle_subprocess_exit(int);int main(int argc, char *argv[]) {struct sockaddr_in server_addr;int listen_fd;int cpu_core_num;int on = 1;listen_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);fcntl(listen_fd, F_SETFL, O_NONBLOCK); // 設置 listen_fd 為非阻塞setsockopt(listen_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on));bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));server_addr.sin_family = AF_INET;server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);server_addr.sin_port = htons(DEFAULT_PORT);if (bind(listen_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {perror("bind error, message: ");exit(1);}if (listen(listen_fd, 5) == -1) {perror("listen error, message: ");exit(1);}printf("listening 8080\n");signal(SIGCHLD, handle_subprocess_exit);cpu_core_num = get_nprocs();printf("cpu core num: %d\n", cpu_core_num);// 根據 CPU 數量創建子進程，為了演示“驚群現象”，這里多創建一些子進程for (int i = 0; i < cpu_core_num * 2; i++) {pid_t pid = fork();if (pid == 0) { // 子進程執行此條件分支process(listen_fd);exit(0);}}while (1) {sleep(1);}return 0; }void process(int listen_fd) {int conn_fd;int ready_fd_num;struct sockaddr_in client_addr;int client_addr_size = sizeof(client_addr);char buf[128];struct epoll_event ev, events[MAX_EVENT_NUM];// 創建 epoll 實例，并返回 epoll 文件描述符int epoll_fd = epoll_create(MAX_EVENT_NUM);ev.data.fd = listen_fd;ev.events = EPOLLIN;// 將 listen_fd 注冊到剛剛創建的 epoll 中if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, listen_fd, &ev) == -1) {perror("epoll_ctl error, message: ");exit(1);}while(1) {// 等待事件發生ready_fd_num = epoll_wait(epoll_fd, events, MAX_EVENT_NUM, INFTIM);printf("[pid %d] ? 震驚！我又被喚醒了...\n", getpid());if (ready_fd_num == -1) {perror("epoll_wait error, message: ");continue;}for(int i = 0; i < ready_fd_num; i++) {if (events[i].data.fd == listen_fd) { // 有新的連接conn_fd = accept(listen_fd, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_addr_size);if (conn_fd == -1) {sprintf(buf, "[pid %d] ? accept 出錯了: ", getpid());perror(buf);continue;}// 設置 conn_fd 為非阻塞if (fcntl(conn_fd, F_SETFL, fcntl(conn_fd, F_GETFD, 0) | O_NONBLOCK) == -1) {continue;}ev.data.fd = conn_fd;ev.events = EPOLLIN;if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, conn_fd, &ev) == -1) {perror("epoll_ctl error, message: ");close(conn_fd);}printf("[pid %d] ? 收到來自 %s:%d 的請求\n", getpid(), inet_ntoa(client_addr.sin_addr), client_addr.sin_port);} else if (events[i].events & EPOLLIN) { // 某個 socket 數據已準備好，可以讀取了printf("[pid %d] ? 處理來自 %s:%d 的請求\n", getpid(), inet_ntoa(client_addr.sin_addr), client_addr.sin_port);conn_fd = events[i].data.fd;// 調用 TinyHttpd 的 accept_request 函數處理請求accept_request(conn_fd, &client_addr);close(conn_fd);} else if (events[i].events & EPOLLERR) {fprintf(stderr, "epoll error\n");close(conn_fd);}}} }void handle_subprocess_exit(int signo) {printf("clean subprocess.\n");int status; while(waitpid(-1, &status, WNOHANG) > 0); }

上面的代碼有點長，不過還好，基本上都是模板代碼，沒什么特別復雜的邏輯。希望大家耐心看一下。

上面的代碼基于epoll + 多進程的方式實現，開始，主進程會通過系統調用獲取 CPU 核心數，然后根據核心數創建子進程。為了演示“驚群現象”，這里多創建了一倍的子進程。關于驚群現象，下一章會講到，大家先別急哈。創建好子進程后，主進程不需再做什么事了，核心邏輯都會在子線程中執行。首先，每個子進程都會調用 epoll_create 在內核創建 epoll 實例，然后再通過 epoll_ctl 將 listen_fd 注冊到 epoll 實例中，由內核進行監控。最后，再調用 epoll_wait 等待感興趣的事件發生。當 listen_fd 中有新的連接時，epoll_wait 會返回。此時子進程調用 accept 接受連接，并把客戶端 socket 注冊到 epoll 實例中，等待 EPOLLIN 事件發生。當該事件發生后，即可接受數據，并根據 HTTP 請求信息返回相應的頁面了。

這里說明一下，上面代碼中處理 HTTP 請求的邏輯是寫在?TinyHttpd?項目中的，TinyHttpd 是一個只有 500 行左右的超輕量型Http Server，很適合學習使用。為了適應需求，我對其源碼進行了一定的修改，并添加了一些注釋。本章的測試代碼已經放到了 github 上，需要的同學自取，傳送門 ->?epoll_multiprocess_server.c。

?3. 驚群及演示

“驚群現象”是指并發環境下，多線程或多進程等待同一個 socket 事件，當這個事件發生時，多線程/多進程被同時喚醒，這就是“驚群現象”。對應上面的代碼，多個子進程通過調用 epoll_wait 等待 listen_fd 上某個事件發生。當有新連接進來時，多個進程會被同時喚醒去處理這個事件。但最終只有一個進程可以去處理事件，其他進程重新進入等待狀態。使用上面的代碼可以演示驚群現象，如下：

從上圖可以看出，當 listen_fd 上有新連接事件發生時，進程19571和19573被喚醒。但最終進程19573成功處理了新連接事件，進程19571則失敗了。

驚群現象會影響服務器性能，因為多個進程被喚醒，但最終只有一個進程可以成功處理事件。而 CPU 需要為一個事件的發生調度數個進程，因此會浪費 CPU 資源。

對于驚群現象，處理的思路一般有兩種。一種是像 Lighttpd 那樣，無視驚群。另一種是像 Nginx 那樣，使用全局鎖避免驚群。簡單起見，本文測試代碼采用的是 Lighttpd 的處理方式，即無視驚群。對于這兩種思路的細節，由于本人未讀過兩個開源軟件的代碼，這里就不多說了。如果大家有興趣，可以參考網上的一些博文。

?4. 總結

epoll 是 I/O 復用模型重要的一個實現，性能優異，應用廣泛。像 Linux 平臺下的 JVM，NIO 部分就是基于 epoll 實現的。再如大名鼎鼎 Nginx 也是使用了 epoll。由此可以看出 epoll 的重要性，因此我們有很有必要去了解 epoll。本文通過一個測試程序簡單演示了一個基于 epoll 的 HTTP Server，總體上也達到了學習 epoll 的目的。大家如果有興趣，可以下載源碼看看。當然，紙上學來終覺淺，還是要自己動手寫才行。本文的測試代碼是本人現學現賣寫的，僅測試使用，寫的不好的地方望諒解。

好了，本文到此結束，謝謝閱讀！

?參考

關于多進程epoll與“驚群”問題 - CSDN
“驚群”，看看nginx是怎么解決它的 - CSDN
高性能網絡編程(二)：上一個10年，著名的C10K并發連接問題

本文鏈接：?https://www.tianxiaobo.com/2018/03/02/基于epoll實現簡單的web服務器/

from:?http://www.tianxiaobo.com/2018/03/02/%E5%9F%BA%E4%BA%8Eepoll%E5%AE%9E%E7%8E%B0%E7%AE%80%E5%8D%95%E7%9A%84web%E6%9C%8D%E5%8A%A1%E5%99%A8/?

總結

以上是生活随笔為你收集整理的基于epoll实现简单的web服务器的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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