使用epoll实现聊天室功能，同时比较epoll和select的异同

1.首先介绍一下select和epoll的异同，如下（摘抄自https://www.cnblogs.com/Anker/p/3265058.html）

select的几大缺点：

（1）每次调用select，都需要把fd集合从用户态拷贝到内核态，这个开销在fd很多时会很大

（2）同时每次调用select都需要在内核遍历传递进来的所有fd，这个开销在fd很多时也很大

（3）select支持的文件描述符数量太小了，默认是1024

epoll的解决方案：

既然是对select和poll的改进，就应该能避免上述的三个缺点。那epoll都是怎么解决的呢？在此之前，我们先看一下epoll和select和poll的调用接口上的不同，select和poll都只提供了一个函数——select或者poll函数。而epoll提供了三个函数，epoll_create,epoll_ctl和epoll_wait，epoll_create是创建一个epoll句柄；epoll_ctl是注册要监听的事件类型；epoll_wait则是等待事件的产生。

对于第一个缺点，epoll的解决方案在epoll_ctl函数中。每次注册新的事件到epoll句柄中时（在epoll_ctl中指定EPOLL_CTL_ADD），会把所有的fd拷贝进内核，而不是在epoll_wait的时候重复拷贝。epoll保证了每个fd在整个过程中只会拷贝一次。

对于第二个缺点，epoll的解决方案不像select或poll一样每次都把current轮流加入fd对应的设备等待队列中，而只在epoll_ctl时把current挂一遍（这一遍必不可少）并为每个fd指定一个回调函数，当设备就绪，唤醒等待队列上的等待者时，就会调用这个回调函数，而这个回调函数会把就绪的fd加入一个就绪链表）。epoll_wait的工作实际上就是在这个就绪链表中查看有没有就绪的fd（利用schedule_timeout()实现睡一会，判断一会的效果，和select实现中的第7步是类似的）。

对于第三个缺点，epoll没有这个限制，它所支持的FD上限是最大可以打开文件的数目，这个数字一般远大于2048,举个例子,在1GB内存的机器上大约是10万左右，具体数目可以cat /proc/sys/fs/file-max察看,一般来说这个数目和系统内存关系很大。

总结：

（1）select，poll实现需要自己不断轮询所有fd集合，直到设备就绪，期间可能要睡眠和唤醒多次交替。而epoll其实也需要调用epoll_wait不断轮询就绪链表，期间也可能多次睡眠和唤醒交替，但是它是设备就绪时，调用回调函数，把就绪fd放入就绪链表中，并唤醒在epoll_wait中进入睡眠的进程。虽然都要睡眠和交替，但是select和poll在“醒着”的时候要遍历整个fd集合，而epoll在“醒着”的时候只要判断一下就绪链表是否为空就行了，这节省了大量的CPU时间。这就是回调机制带来的性能提升。

（2）select，poll每次调用都要把fd集合从用户态往内核态拷贝一次，并且要把current往设备等待队列中挂一次，而epoll只要一次拷贝，而且把current往等待队列上挂也只挂一次（在epoll_wait的开始，注意这里的等待队列并不是设备等待队列，只是一个epoll内部定义的等待队列）。这也能节省不少的开销。

上面是简单介绍select和epoll的异同，下面我们看看epoll如何实现一个聊天室功能

需求：我们想要构建一个聊天室，并且聊天室可以进行分组，对于不同组的用户之间是不能进行聊天的。

实现：

1.server端

（1）初始化sockaddr_in变量

struct sockaddr_in serverAddr;
serverAddr.sin_family=PF_INET;
serverAddr.sin_port=htons(SERVER_PORT);
serverAddr.sin_addr.s_addr=inet_addr(SERVER_IP);

 （2）声明一个sock变量，bind，listen等

int listener=socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(listener<0){
     perror("socket error");
     exit(-1);    
}
printf("socket created
");
if(bind(listener,(struct sockaddr *)& serverAddr,sizeof(serverAddr))<0){
     perror("bind error");
     exit(-1);    
}
int ret=listen(listener,5);
if(ret<0){
     perror("listen error");
     exit(-1);
}
printf("start to listen: %s
",SERVER_IP);

（3）创建epoll注册表

int epfd=epoll_create(EPOLL_SIZE);
if(epfd<0){
    perror("epoll_create error");
    exit(-1);
}
printf("epoll created,epollfd=%d
",epfd);
static struct epoll_event events[EPOLL_SIZE];
addfd(epfd,listener,true);

其中addfd函数将listener加入到了注册表中。

（4）开始处理对应的时间

    while(1){
        int epoll_events_count=epoll_wait(epfd,events,EPOLL_SIZE,-1);//epoll_events_count表示被触发的事件总数。
        if(epoll_events_count<0){
            perror("epoll error");
            break;
        }
        printf("epoll_events_count=%d
",epoll_events_count);
        for(int i=0;i<epoll_events_count;i++){
            int sockfd=events[i].data.fd;
            if(sockfd==listener){//表示有新的客户端链接进来了
                struct sockaddr_in client_address;
                socklen_t client_addrLength=sizeof(struct sockaddr_in);
                int clientfd=accept(listener,(struct sockaddr *)&client_address,&client_addrLength);
                printf("client connection from:%s : %d (IP:port),clientfd=%d
",inet_ntoa(client_address.sin_addr),ntohs(client_address.sin_port),clientfd);
                //cout<<"which chat room: "<<endl;
                //cin>>MchatId;
                char message[BUF_SIZE];    
                bzero(message,BUF_SIZE);    
                sprintf(message,"welcome %d
 which chat room? ",clientfd);
                int ret=send(clientfd,message,BUF_SIZE,0); //发送欢迎信息   
                if(ret<0){
                    perror("send error");
                    exit(-1);
                }
                //recv(clientfd,buf,BUF_SIZE,0);
                char Mnums[1];
                ret=recv(clientfd,Mnums,sizeof(Mnums),0);//接受用户选择的聊天室组号
                if(ret<0){
                    perror("choose error");
                    exit(-1);
                }
                int MchatId=Mnums[0]-'0';
                cout<<"MchatId: "<<MchatId<<endl;
                MUsers * uu=new MUsers(clientfd);
                uu->chatId=MchatId;
                clients_list.push_back(*uu);
                printf("Add new clientfd=%d to epoll
",clientfd);
                printf("Now there are %d clients in the chatroom
",(int)clients_list.size());
                printf("welcome message
");
                addfd(epfd,clientfd,true);
            }else{
                    int ret=sendBroadcastmessage(sockfd);//对同一组的用户进行广播
                if(ret<0){    
                    perror("sendBroad error");
                    exit(-1);
                }
            }
        }
}

2.clients端

(1)初始化sockaddr_in变量

struct sockaddr_in serverAddr;
serverAddr.sin_family=PF_INET;
serverAddr.sin_port=htons(SERVER_PORT);
serverAddr.sin_addr.s_addr=inet_addr(SERVER_IP);

(2)声明socket,connect

    int sock=socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if(sock<0){
        perror("sock error");
        exit(-1);
    }
    if(connect(sock,(struct sockaddr *)&serverAddr,sizeof(serverAddr))<0){
        perror("connect error");
        exit(-1);
　　}

(3)使用pipe管道，并初始化epoll注册表，并将sock和读管道加入到注册表中。

    int pipe_fd[2];
    if(pipe(pipe_fd)<0){
        perror("pipe error");
        exit(-1);
    }
    int epfd=epoll_create(EPOLL_SIZE);
    if(epfd<0){
        perror("epfd error");
        exit(-1);
    }
    static struct epoll_event events[2];
    addfd(epfd,sock,true);
    addfd(epfd,pipe_fd[0],true);//加入读管道是为了获取子进程通过写管道发送的信息
    bool isClientwork=true;
　　char message[BUF_SIZE];

(4)子进程负责将标准输入中的数据发送到写管道，父进程通过读管道获得标准输入中的数据，然后发送到客户端处理。同时父进程还要负责接受客户端发来的消息。

    int pid=fork();
    if(pid<0){
        perror("fork error");
        exit(-1);
    }
    else if(pid==0){
        close(pipe_fd[0]);
        printf("Please input 'exit' to exit the chat room
");
        while(isClientwork){
            bzero(&message,BUF_SIZE);
            fgets(message,BUF_SIZE,stdin);//获取标准输入的数据
            if(strncasecmp(message,EXIT,strlen(EXIT))==0){
                isClientwork=false;
            }else{
                if(write(pipe_fd[1],message,strlen(message)-1)<0){//通过写管道发送给父进程
                    perror("fork error");
                    exit(-1);
                }
            }
        }
    }else{
        close(pipe_fd[1]);
        while(isClientwork){
            int epoll_events_count=epoll_wait(epfd,events,2,-1);
            for(int i=0;i<epoll_events_count;++i){
                bzero(&message,BUF_SIZE);
                if(events[i].data.fd==sock){//服务器来的消息
                    int ret=recv(sock,message,BUF_SIZE,0);//接受来自服务器的信息
                    if(ret==0){
                        printf("server closed connection: %d
",sock);
                        close(sock);
                        isClientwork=false;
                    }else{
                        printf("%s
",message);
                    }
                }else{
                    int ret=read(events[i].data.fd,message,BUF_SIZE);//获得标准输入的信息
                    if(ret==0) isClientwork=0;
                    else{        
                        send(sock,message,BUF_SIZE,0);//发送到服务器
                    }
                }
            }
        }
　　}

完整代码：https://github.com/JsonZhangAA/shiyanlou/tree/master/epoll