内容发布更新时间 : 2024/6/26 16:08:16星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
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基于EPOLL机制的Linux网络服务器设计与实现
作者：何凯
来源：《电子技术与软件工程》2016年第02期
摘 要
笔者在开发一款Linux网络服务器时，经过对多种机制的比较，发现EPOLL机制效率最高，该机制可以满足并发处理海量网络连接的要求，非常适合高性能服务器的设计要求。因此笔者对EPOLL机制进行了深入的研究，并且设计了一款基于EPOLL机制的高效的Linux网络服务器。在实际应用中，该服务器有着稳定、高效的特点。 【关键词】EPOLL Linux服务器 1 引言
笔者在实际工作中，需要开发一款基于Linux的高性能网络服务器，该服务器与前端的多种嵌入式设备通过有线网络或者无线网络连接。在对Linux网络编程技术分析后，最终选择了EPOLL机制。在经过几个月的调试、改进之后，服务器可以准确、稳定、高效的工作。在模拟测试中，该服务器可以稳定的连接与控制前端10万个设备。取得了良好的效果。 2 Linux中I/O多路复用技术分析
Linux上的I/O多路复用技术主要有select模型、poll模型和epoll模型。
select模型最大的缺点是最大并发数限制，因为一个进程所打开的socket FD（文件描述符）是有限制的，默认是1024，因此select模型的最大并发数就被限制了。当然，我们可以通过修改系统参数增大最大并发数，然而由于select的每次调用都会线性扫描全部的socket FD集合。当socket FD增大时，会导致服务器效率线性下降。
poll模型基本上和select在效率上是一样的，select的问题在poll模型中也没有被解决。 epoll模型是目前比较优秀的I/O多路复用模型，首先，epoll没有最大并发连接的限制，上限是整个系统最大可以打开的socket FD数目，这个数远大于2048，一般这个数目和系统内存关系很大，1G内存的机器的最大socket FD数目可以达到10万左右。其次，epoll最大的优点在于它只关心活跃的连接，而跟连接总数无关。因此在实际的网络环境中，epoll的效率会远高于select和poll。
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epoll相关的系统调用有：epoll_create， epoll_ctl和epoll_wait。其中epoll_create用来创建一个epoll文件描述符，epoll_ctl用来添加/修改/删除需要侦听的文件描述符及其事件，epoll_wait接收发生在被侦听的描述符上的，用户感兴趣的IO事件。epoll文件描述符用完后，直接用close关闭即可，非常方便。事实上，任何被侦听的文件符只要其被关闭，那么它也会自动从被侦听的文件描述符集合中删除，很是智能。 3 框架设计与系统实现 3.1 系统设计
整个系统分为三个部分：前端探测设备、网络服务器、上位机。
该网络服务器用于连接、监控和控制前端多种嵌入式探测设备，这些探测设备分布于广阔的空间范围，并通过有线网络或者无线网络与网络服务器相连。
网络服务器设计是本文的核心。网络服务器向下连接大量的探测设备，向上连接上位机。网络服务器的框架如图1所示。
多种前端嵌入式探测设备用于探测所在位置的温度、湿度、风速，以及其他意外突发情况，这些嵌入式设备将探测到的数据，以某种协议格式发送给网络服务器，可能是通过有线网络，也有可能通过无线网络。这些数据在网络服务器上存储并转发给上位机显示处理。 探测设备与网络服务器之间，用心跳帧维护链路。有的探测设备会主动发送心跳帧给服务器，有些探测设备则需要网络服务器发送心跳帧询问。对方收到心跳帧后，都给予应答帧。 3.2 服务器实现
（1）将服务器进程设置成实时进程 struct sched_param p； p.sched_priority = 9；
sched_setscheduler（0，SCHED_RR，&p）；
（2）设置服务器时钟，只负责计时，其他事情不做，方式是记录流逝的秒数。使用全局变量ec，必须设置成原子的。在用sigaction函数登记的信号处理函数中可以做的处理是被严格限定的，所以变量ec必须是“volatile sig_atomic_t”类型的全局变量。代码如下： static volatile sig_atomic_t ec = 0；
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static void sig1sec_handler（int sig） { ++ec； }
下面代码，在主程序中设置并启动定时器，设定每一秒钟触发一次信号，该定时器信号导致函数sig1sec_handler的执行，该函数使得全局变量ec自增一。 signal（SIGALRM， &sig1sec_handler）； struct itimerval t； t.it_interval.tv_sec = 1； t.it_interval.tv_usec = 0； t.it_value = t.it_interval；
setitimer（ITIMER_REAL， &t， NULL）；
（3）设置进程的最大打开文件限制，相当于设置进程能够管理的TCP链接数量。设置数量限制为10万。 int cn = 100000； struct rlimit rlim， new；
new.rlim_cur = new.rlim_max = cn；
while （setrlimit（RLIMIT_NOFILE， &new）！=0） { cn -= 1000；
new.rlim_cur = new.rlim_max = cn； }
（4）捕获SIGPIPE信号。如果向收到RST的TCP链路写入数据，进程会收到SIGPIPE信号而终止进程，SIGPIPE信号的缺省处理方式就是终止进程，现在改成忽略处理。