Web静态服务器-6-epoll

IO 多路复用

就是我们说的select，poll，epoll，有些地方也称这种IO方式为event driven IO。

select/epoll的好处就在于单个process就可以同时处理多个网络连接的IO。

它的基本原理就是select，poll，epoll这个function会不断的轮询所负责的所有socket，当某个socket有数据到达了，就通知用户进程。

epoll简单模型

import socket
import select

# 创建套接字
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 设置可以重复使用绑定的信息
s.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR,1)

# 绑定本机信息
s.bind(("",7788))

# 变为被动
s.listen(10)

# 创建一个epoll对象
epoll = select.epoll()

# 测试，用来打印套接字对应的文件描述符
# print(s.fileno())
# print(select.EPOLLIN|select.EPOLLET)

# 注册事件到epoll中
# epoll.register(fd[, eventmask])
# 注意，如果fd已经注册过，则会发生异常
# 将创建的套接字添加到epoll的事件监听中
epoll.register(s.fileno(), select.EPOLLIN|select.EPOLLET)

connections = {}
addresses = {}

# 循环等待客户端的到来或者对方发送数据
while True:

    # epoll 进行 fd 扫描的地方 -- 未指定超时时间则为阻塞等待
    epoll_list = epoll.poll()

    # 对事件进行判断
    for fd, events in epoll_list:

        # print fd
        # print events

        # 如果是socket创建的套接字被激活
        if fd == s.fileno():
            new_socket, new_addr = s.accept()

            print('有新的客户端到来%s' % str(new_addr))

            # 将 conn 和 addr 信息分别保存起来
            connections[new_socket.fileno()] = new_socket
            addresses[new_socket.fileno()] = new_addr

            # 向 epoll 中注册 新socket 的 可读 事件
            epoll.register(new_socket.fileno(), select.EPOLLIN|select.EPOLLET)

        # 如果是客户端发送数据
        elif events == select.EPOLLIN:
            # 从激活 fd 上接收
            recvData = connections[fd].recv(1024).decode("utf-8")

            if recvData:
                print('recv:%s' % recvData)
            else:
                # 从 epoll 中移除该 连接 fd
                epoll.unregister(fd)

                # server 侧主动关闭该 连接 fd
                connections[fd].close()
                print("%s---offline---" % str(addresses[fd]))
                del connections[fd]
                del addresses[fd]

说明

EPOLLIN （可读）
EPOLLOUT （可写）
EPOLLET （ET模式）

epoll对文件描述符的操作有两种模式：LT（level trigger）和ET（edge trigger）。LT模式是默认模式，LT模式与ET模式的区别如下：

LT模式：当epoll检测到描述符事件发生并将此事件通知应用程序，应用程序可以不立即处理该事件。下次调用epoll时，会再次响应应用程序并通知此事件。

ET模式：当epoll检测到描述符事件发生并将此事件通知应用程序，应用程序必须立即处理该事件。如果不处理，下次调用epoll时，不会再次响应应用程序并通知此事件。

web静态服务器-epool

以下代码，支持http的长连接，即使用了Content-Length

import socket
import time
import sys
import re
import select


class WSGIServer(object):
    """定义一个WSGI服务器的类"""

    def __init__(self, port, documents_root):

        # 1. 创建套接字
        self.server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
        # 2. 绑定本地信息
        self.server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
        self.server_socket.bind(("", port))
        # 3. 变为监听套接字
        self.server_socket.listen(128)

        self.documents_root = documents_root

        # 创建epoll对象
        self.epoll = select.epoll()
        # 将tcp服务器套接字加入到epoll中进行监听
        self.epoll.register(self.server_socket.fileno(), select.EPOLLIN|select.EPOLLET)

        # 创建添加的fd对应的套接字
        self.fd_socket = dict()

    def run_forever(self):
        """运行服务器"""

        # 等待对方链接
        while True:
            # epoll 进行 fd 扫描的地方 -- 未指定超时时间则为阻塞等待
            epoll_list = self.epoll.poll()

            # 对事件进行判断
            for fd, event in epoll_list:
                # 如果是服务器套接字可以收数据，那么意味着可以进行accept
                if fd == self.server_socket.fileno():
                    new_socket, new_addr = self.server_socket.accept()
                    # 向 epoll 中注册 连接 socket 的 可读 事件
                    self.epoll.register(new_socket.fileno(), select.EPOLLIN | select.EPOLLET)
                    # 记录这个信息
                    self.fd_socket[new_socket.fileno()] = new_socket
                # 接收到数据
                elif event == select.EPOLLIN:
                    request = self.fd_socket[fd].recv(1024).decode("utf-8")
                    if request:
                        self.deal_with_request(request, self.fd_socket[fd])
                    else:
                        # 在epoll中注销客户端的信息
                        self.epoll.unregister(fd)
                        # 关闭客户端的文件句柄
                        self.fd_socket[fd].close()
                        # 在字典中删除与已关闭客户端相关的信息
                        del self.fd_socket[fd]

    def deal_with_request(self, request, client_socket):
        """为这个浏览器服务器"""

        if not request:
            return

        request_lines = request.splitlines()
        for i, line in enumerate(request_lines):
            print(i, line)

        # 提取请求的文件(index.html)
        # GET /a/b/c/d/e/index.html HTTP/1.1
        ret = re.match(r"([^/]*)([^ ]+)", request_lines[0])
        if ret:
            print("正则提取数据:", ret.group(1))
            print("正则提取数据:", ret.group(2))
            file_name = ret.group(2)
            if file_name == "/":
                file_name = "/index.html"


        # 读取文件数据
        try:
            f = open(self.documents_root+file_name, "rb")
        except:
            response_body = "file not found, 请输入正确的url"

            response_header = "HTTP/1.1 404 not found\r\n"
            response_header += "Content-Type: text/html; charset=utf-8\r\n"
            response_header += "Content-Length: %d\r\n" % len(response_body)
            response_header += "\r\n"

            # 将header返回给浏览器
            client_socket.send(response_header.encode('utf-8'))

            # 将body返回给浏览器
            client_socket.send(response_body.encode("utf-8"))
        else:
            content = f.read()
            f.close()

            response_body = content

            response_header = "HTTP/1.1 200 OK\r\n"
            response_header += "Content-Length: %d\r\n" % len(response_body)
            response_header += "\r\n"

            # 将数据返回给浏览器
            client_socket.send(response_header.encode("utf-8")+response_body)


# 设置服务器服务静态资源时的路径
DOCUMENTS_ROOT = "./html"


def main():
    """控制web服务器整体"""
    # python3 xxxx.py 7890
    if len(sys.argv) == 2:
        port = sys.argv[1]
        if port.isdigit():
            port = int(port)
    else:
        print("运行方式如: python3 xxx.py 7890")
        return

    print("http服务器使用的port:%s" % port)
    http_server = WSGIServer(port, DOCUMENTS_ROOT)
    http_server.run_forever()


if __name__ == "__main__":
    main()

小总结

I/O 多路复用的特点：

通过一种机制使一个进程能同时等待多个文件描述符，而这些文件描述符（套接字描述符）其中的任意一个进入读就绪状态，epoll()函数就可以返回。所以, IO多路复用，本质上不会有并发的功能，因为任何时候还是只有一个进程或线程进行工作，它之所以能提高效率是因为select\epoll 把进来的socket放到他们的 '监视' 列表里面，当任何socket有可读可写数据立马处理，那如果select\epoll 手里同时检测着很多socket，一有动静马上返回给进程处理，总比一个一个socket过来,阻塞等待,处理高效率。

当然也可以多线程/多进程方式，一个连接过来开一个进程/线程处理，这样消耗的内存和进程切换页会耗掉更多的系统资源。所以我们可以结合IO多路复用和多进程/多线程来高性能并发，IO复用负责提高接受socket的通知效率，收到请求后，交给进程池/线程池来处理逻辑。

参考资料

如果想了解下epoll在Linux中的实现过程可以参考：http://blog.csdn.net/xiajun07061225/article/details/9250579