linux下编程epoll实现将GPS定位信息上报到服务器

操作系统：CentOS

开发板：fl2440

开发模块：A7(GPS/GPRS),RT3070(无线网卡)

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前言：本博文实现的功能是：fl2440开发板运行客户端程序,将GPS的定位信息通过串口读取出来，然后将定位信息发送到服务器上。

（当然服务器上跑的是自己编写的服务器端程序）这个就有点类似共享单车上面装的GPS定位系统，然后公司就可以根据其共享单车的地理位置信息进行定位管理。不过我这个只是一个小程序，功能比较单一，只是初步学习网络socket编程，不敢妄加定论，如有不对的地方，谢请指正。

对于初次学习网络socket编程的人来说，了解epoll的原理是必要的，网上有大量文章介绍epoll的原理以及它的用法，所以本文不做过多的赘述，只是简单的分析。

1.什么是epoll?

      我的理解是：epoll是linux网络编程多路复用中的一种新的事件触发机制，相比于select，epoll最大的好处在于它不会随着监听fd数目的增长而降低效率，不过实现的原理大致相同，都是通过监听客户端套接字fd,也就是如果有多个客户端程序连接服务器，然后服务器端就将监听到的套接字fd存放在一个集合里，如果发现客户端套接字fd发生可读，可写,以及错误事件时，服务器端就进行相应的处理。不过epoll与poll及select不同的是，epoll采用的是基于事件的就绪通知方式。

  在select/poll中，进程只有在调用一定的函数后，内核才对所有监视的文件描述符进行扫描，而epoll事先通过epoll_ctl()来注册一个文件描述符，一旦基于某个文件描述符就绪时，内核会采用类似callback的回调机制，迅速激活这个文件描述符，当进程调用epoll_wait()时便得到通知。

epoll实现一共就三个函数：

(1). int epoll_create(int size);

创建一个epoll的句柄，size用来告诉内核这个监听的数目一共有多大。这个参数不同于select()中的第一个参数，给出最大监听的fd+1的值。需要注意的是，当创建好epoll句柄后，它就会占用一个fd值，在linux下如果查看/proc/进程id/fd/，是能够看到这个fd的，所以在使用完epoll后，必须调用close()关闭，否则可能导致fd被耗尽。

(2).int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

epoll的事件注册函数，它不同与select()是在监听事件时告诉内核要监听什么类型的事件，而是在这里先注册要监听的事件类型。第一个参数是epoll_create()的返回值，第二个参数表示动作，用三个宏来表示：

EPOLL_CTL_ADD：注册新的fd到epfd中；

EPOLL_CTL_MOD：修改已经注册的fd的监听事件；

EPOLL_CTL_DEL：从epfd中删除一个fd；

第三个参数是需要监听的fd，第四个参数是告诉内核需要监听什么事.

struct epoll_event结构如下：

typedef union epoll_data {

   void *ptr;

   int fd;

    __uint32_t u32;

    __uint64_t u64;

} epoll_data_t;

struct epoll_event {

    __uint32_t events; /* Epoll events */

    epoll_data_t data; /* User data variable */

};

events可以是以下几个宏的集合：

EPOLLIN ：表示对应的文件描述符可以读（包括对端SOCKET正常关闭）；

EPOLLOUT：表示对应的文件描述符可以写；

EPOLLPRI：表示对应的文件描述符有紧急的数据可读（这里应该表示有带外数据到来）；

EPOLLERR：表示对应的文件描述符发生错误；

EPOLLHUP：表示对应的文件描述符被挂断；

EPOLLET： 将EPOLL设为边缘触发(Edge Triggered)模式，这是相对于水平触发(Level Triggered)来说的。

EPOLLONESHOT：只监听一次事件，当监听完这次事件之后，如果还需要继续监听这个socket的话，需要再次把这个socket加入到EPOLL队列里.

(3).int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);

   等待事件的产生，类似于select()调用。参数events用来从内核得到事件的集合，maxevents告之内核这个events有多大，这个 maxevents的值不能大于创建epoll_create()时的size，参数timeout是超时时间（毫秒，0会立即返回，-1将不确定，也有说法说是永久阻塞）。该函数返回需要处理的事件数目，如返回0表示已超时。

2.如何使用epoll?

通过在包含一个头文件#include <sys/epoll.h> 以及几个简单的API将可以大大的提高你的网络服务器的支持人数。

首先通过create_epoll(int maxfds)来创建一个epoll的句柄，其中maxfds为你epoll所支持的最大句柄数。

这个函数会返回一个新的epoll句柄，之后的所有操作将通过这个句柄来进行操作。在用完之后，记得用close()来关闭这个创建出来的epoll句柄。

之后在你的网络主循环里面，每一帧的调用epoll_wait(int epfd, epoll_event events, int max events, int timeout)来查询所有的网络接口，看哪一个可以读

哪一个可以写了。基本的语法为：

nfds = epoll_wait(kdpfd, events, maxevents, -1);

其中kdpfd为用epoll_create创建之后的句柄，events是一个epoll_event*的指针，当epoll_wait这个函数操作成功之后，epoll_events里面将储存所有的读写

件。max_events是当前需要监听的所有socket句柄数。最后一个timeout是 epoll_wait的超时，为0的时候表示马上返回，为-1的时候表示一直等下去，直到有事件

围，为任意正整数的时候表示等这么长的时间，如果一直没有事件，则返回。一般如果网络主循环是单独的线程的话，可以用-1来等，这样可以保证一些效率，如果是和主

辑在同一个线程的话，则可以用0来保证主循环的效率。epoll_wait返回之后应该是一个循环，遍利所有的事件。

epoll简单分析之后，进入正题：

一.前期准备

  (1).在测试程序之前我们得保证我们的开发板能够成功上网，当然我是直接在我的开发板上插上一块无线网卡，通过相应的命令连接路由器上网，前提是开发板要使能相应的驱动，具体怎么使能，及相应的操作命令是啥？我的这篇博客有总结，可以参考一下：点击打开链接

  (2).由于我的A7模块是同时具有GPS与GPRS功能，所以打开GPS需要通过AT+GPS=1命令开启，使用microcom命令监听串口，查看输入AT命令之后，串口是否会有OK回显，具体操作我的博客有总结，参考这篇博客：点击打开链接

  (3).硬件连线我使用的是两根USB转串口线，一根连接开发板，通过串口方式来连接开发板，一根连接GPS模块，当然也可以通过ssh代理远程登陆开发板，不过开发板能够与PC通信（两种方法：1.网线有线连接使其开发板与PC相连。2.插上无线网卡，开发板能上网，无线连接开发板）

二.网络编程

客户端代码：

client.c:

1. /*********************************************************************************
2. * Copyright: (C) 2017 zoulei
3. * All rights reserved.
4. *
5. * Filename: client.c
6. * Description: This file
7. *
8. * Version: 1.0.0(2017年06月21日)
9. * Author: zoulei <zoulei121@gmail.com>
10. * ChangeLog: 1, Release initial version on "2017年06月21日 19时17分40秒"
11. *
12. ********************************************************************************/
13. #include <sys/types.h>
14. #include <sys/stat.h>
15. #include <fcntl.h>
16. #include <stdio.h>
17. #include <string.h>
18. #include <sys/types.h>
19. #include <sys/socket.h>
20. #include <arpa/inet.h>
21. #include <unistd.h>
22. #include <netinet/in.h>
23. #include <errno.h>
24. #include <stdlib.h>
25. #include "gps.h"
26. #define GPS_LEN 1024
27. #define PORT 9997
28. int set_serial(int fd,int nSpeed, int nBits, char nEvent, int nStop);
29.  
30. int main (int argc, char **argv)
31. {
32. int fd=0;
33. int n=0;
34. int i=0;
35. int sockfd;
36. int rec_len;
37. GPRMC gprmc;
38. char sendbuf[1024] ;
39. char buff[GPS_LEN];
40. char *str=NULL;
41. char *dev_name="/dev/ttyUSB0";
42. struct sockaddr_in servaddr;
43. /*打开"/dev/ttyUSB0"设备*/
44. if((fd=open(dev_name,O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY))<0)
45. {
46. perror("Can't Open the ttyUSB0 Serial Port");
47. return -1;
48. }
49. set_serial( fd,9600,8,'N',1);//串口配置函数
50. /* 判断命令端输入的参数是否正确 */
51. if( argc != 2)
52. {
53. printf("usage: ./client <ipaddress> ");
54. exit(0);
55. }
56. /* 创建客户端套接字--IPv4协议，面向连接通信，TCP协议*/
57. if(( sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))<0)
58. {
59. perror("socket");
60. exit(0);
61. }
62. /* 初始化 */
63. memset(&servaddr,0,sizeof(servaddr)); /* 数据初始化-清零 */
64. servaddr.sin_family = AF_INET; /* 设置IPv4通信 */
65. servaddr.sin_port = htons(PORT);/* 设置服务器端口号 */
66. /* IP地址转换函数，将点分十进制转换为二进制 */
67. if( inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr) <= 0)
68. {
69. printf("inet_pton error for %s ",argv[1]);
70. exit(0);
71. }
72. /* 将套接字绑定到服务器的网络地址上*/
73. if( connect( sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr))<0)
74. {
75. perror("connected failed");
76. exit(0);
77. }
78. while(1)
79. {
80. sleep(2);
81. /*读串口设备获取GPS定位信息*/
82. if((n=read(fd,buff,sizeof(buff)))<0)
83. {
84. perror("read error");
85. return -1;
86. }
87. /*将GPS定位信息发送到服务器端*/
88. if(send(sockfd,buff,strlen(buff),0)< 0 )
89. {
90. printf("send the gps datas error:%s(errno: %d) ", strerror(errno), errno);
91. exit(0);
92. }
93.  
94. printf("read buff:%s ",buff);
95.  
96. }
97. close(sockfd);
98. close(fd);
99. return 0;
100. }

串口配置程序及gps.h文件，在我上篇博客：点击打开链接

makefile:

1. CC=/opt/buildroot-2012.08/arm920t/usr/bin/arm-linux-gcc
2.  
3. objs=uart1.o client.o
4. srcs=uart1.c client.c
5.  
6. client_test: $(objs)
7. $(CC) -o client_test $(objs)
8. @make clean
9.  
10. client.o: $(srcs) gps.h
11. $(CC) -c $(srcs)
12.  
13. uart1.o: uart1.c
14. $(CC) -c uart1.c
15.  
16. clean:
17. rm *.o

make编译之后生成client_test可执行文件，然后将其烧录到开发板。赋予可执行，可读，可写权限。

服务器代码：

sev.c:

1. /*********************************************************************************
2. * Copyright: (C) 2017 zoulei.
3. * All rights reserved.
4. *
5. * Filename: sev.c
6. * Description: This file
7. *
8. * Version: 1.0.0(06/22/2017)
9. * Author: zoulei <zoulei121@gmail.com>
10. * ChangeLog: 1, Release initial version on "06/22/2017 11:25:16 AM"
11. *
12. ********************************************************************************/
13. #include <string.h>
14. #include <stdio.h>
15. #include <stdlib.h>
16. #include <unistd.h>
17. #include <sys/select.h>
18. #include <sys/time.h>
19. #include <sys/socket.h>
20. #include <netinet/in.h>
21. #include <arpa/inet.h>
22. #include <sys/epoll.h>
23. #include <errno.h>
24. #define OPEN_MAX 100
25.  
26. typedef unsigned int UINT;
27. typedef int BYTE;
28.  
29. typedef struct __gprmc__
30. {
31. UINT time;/* gps定位时间 */
32. char pos_state;/*gps状态位*/
33. float latitude;/*纬度 */
34. float longitude;/* 经度 */
35. float speed; /* 速度 */
36. float direction;/*航向 */
37. UINT date; /*日期 */
38. float declination; /* 磁偏角 */
39. char dd;
40. char mode;/* GPS模式位 */
41.  
42. }GPRMC;
43.  
44. int gps_analyse (char *buff,GPRMC *gps_data)
45. {
46. char *ptr=NULL;
47. if(gps_data==NULL)
48. {
49. return -1;
50. }
51. if(strlen(buff)<10)
52. {
53. return -1;
54. }
55. if(NULL==(ptr=strstr(buff,"$GPRMC")))
56. {
57. return -1;
58. }
59. sscanf(ptr,"$GPRMC,%d.000,%c,%f,N,%f,E,%f,%f,%d,,,%c*",&(gps_data->time),&(gps_data->pos_state),&(gps_data->latitude),&(gps_data->longitude),&(gps_data->speed),&(gps_data->direction),&(gps_data->date),&(gps_data->mode));
60. return 0;
61. }
62.  
63. int print_gps (GPRMC *gps_data)
64. {
65. printf(" ");
66. printf(" ");
67. printf("=========================================================== ");
68. printf("== 全球GPS定位导航模块 == ");
69. printf("== Author：zoulei == ");
70. printf("== Email：zoulei121@gmail.com == ");
71. printf("== Platform：fl2440 == ");
72. printf("=========================================================== ");
73. printf(" ");
74. printf("=========================================================== ");
75. printf("== GPS state bit : %c [A:有效状态 V:无效状态] ",gps_data->pos_state);
76. printf("== GPS mode bit : %c [A:自主定位 D:差分定位] ", gps_data->mode);
77. printf("== Date : 20%02d-%02d-%02d ",gps_data->date%100,(gps_data->date%10000)/100,gps_data->date/10000);
78. printf("== Time : %02d:%02d:%02d ",(gps_data->time/10000+8)%24,(gps_data->time%10000)/100,gps_data->time%100);
79. printf("== 纬度 : 北纬:%d度%d分%d秒 ", ((int)gps_data->latitude) / 100, (int)(gps_data->latitude - ((int)gps_data->latitude / 100 * 100)), (int)(((gps_data->latitude - ((int)gps_data->latitude / 100 * 100)) - ((int)gps_data->latitude - ((int)gps_data->latitude / 100 * 100))) * 60.0));
80. printf("== 经度 : 东经:%d度%d分%d秒 ", ((int)gps_data->longitude) / 100, (int)(gps_data->longitude - ((int)gps_data->longitude / 100 * 100)), (int)(((gps_data->longitude - ((int)gps_data->longitude / 100 * 100)) - ((int)gps_data->longitude - ((int)gps_data->longitude / 100 * 100))) * 60.0));
81. printf("== 速度 : %.3f m/s ",gps_data->speed);
82. printf("== ");
83. printf("============================================================ ");
84.  
85. return 0;
86. }
87. int main(int argc, char *argv[])
88. { int max = 0 ;
89. int i = 0 ;
90. int len = 0 ;
91. int sockfd ;
92. int epfd ;
93. int connfd ;
94. int ret ;
95. int fd[OPEN_MAX];
96. char buff[512];
97. GPRMC gprmc;
98. struct epoll_event event; // 告诉内核要监听什么事件
99. struct epoll_event wait_event; //内核监听完的结果
100. struct sockaddr_in server_addr;
101.  
102. /* AF_INET 表示采用TCP/IP协议族 SOCK_STREAM 表示采用TCP协议 */
103. if(( sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0))<0)
104. {
105. perror("creat socket error");
106. return -1;
107. }
108. memset(&server_addr,0,sizeof(server_addr));
109. server_addr.sin_family = AF_INET;
110. server_addr.sin_port = htons(9997);
111. server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
112. /* 将socket绑定到某个IP和端口（IP标识主机，端口标识通信进程） */
113. if(( bind(sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)))<0)
114. {
115. perror("bind error");
116. return -1;
117. }
118. /* 将socket设置为监听模式，10表示等待连接队列的最大长度 */
119. if( listen(sockfd, 10) < 0)
120. {
121. perror("listen error");
122. return -1;
123. }
124.  
125. memset(fd,-1, sizeof(fd));
126. fd[0] = sockfd;
127. epfd = epoll_create(10); // 创建一个 epoll 的句柄，参数要大于 0， 不然没有太大意义
128. if( -1 == epfd )
129. {
130. perror ("epoll_create error");
131. return -1;
132. }
133.  
134. event.data.fd = sockfd; //监听套接字
135. event.events = EPOLLIN; // 表示对应的文件描述符可以读
136. /*事件注册函数，将监听套接字描述符 sockfd 加入监听事件 */
137. if(( ret = epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, sockfd, &event)) == -1)
138. {
139. perror("epoll_ctl");
140. return -1;
141. }
142.  
143. while(1)
144. {
145. /* 监视并等待多个文件描述符的属性变化（是否可读）
146. 没有属性变化，这个函数会阻塞，直到有变化才往下执行，这里没有设置超时.*/
147. ret = epoll_wait(epfd, &wait_event, max+1, -1);
148. /*监测sockfd(监听套接字)是否存在连接 */
149. if(( sockfd == wait_event.data.fd ) && ( EPOLLIN == wait_event.events & EPOLLIN ))
150. {
151. struct sockaddr_in cli_addr;
152. int clilen = sizeof(cli_addr);
153. /* 从tcp完成连接中提取客户端*/
154. if(( connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&cli_addr, &clilen)) < 0)
155. {
156. perror("accept faild");
157. return -1;
158. }
159. /* 将提取到的connfd放入fd数组中，以便下面轮询客户端套接字 */
160. for(i=1; i<OPEN_MAX; i++)
161. {
162. if(fd[i] < 0)
163. {
164. fd[i] = connfd;
165. event.data.fd = connfd; //监听套接字
166. event.events = EPOLLIN; // 表示对应的文件描述符可以读
167.  
168. /* 事件注册函数，将监听套接字描述符 connfd 加入监听事件 */
169. ret = epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, connfd, &event);
170. if(-1 == ret)
171. {
172. perror("epoll_ctl");
173. return -1;
174. }
175. break;
176. }
177. }
178. /* max更新 */
179. if(i > max)
180. max = i;
181. /* 如果没有就绪的描述符，就继续epoll监测，否则继续向下看*/
182. if(--ret <= 0)
183. continue;
184.  
185. }
186. for(i=1; i<=max; i++)
187. {
188. if(fd[i] < 0)
189. continue;
190.  
191. if(( fd[i] == wait_event.data.fd ) && ( EPOLLIN == wait_event.events & (EPOLLIN|EPOLLERR) ))
192. {
193. /*接受客户端数据 */
194. if((len = recv(fd[i], buff, sizeof(buff), 0)) < 0)
195. {
196. if(errno == ECONNRESET)//tcp连接超时、RST
197. {
198. close(fd[i]);
199. fd[i] = -1;
200. }
201. else
202. perror("read error:");
203. }
204. else if(len == 0)//客户端关闭连接
205. {
206. close(fd[i]);
207. fd[i] = -1;
208. }
209. else //正常接收到客户端的数据
210. buff[len]='';
211. printf("receive the data：%s ",buff);
212. memset(&gprmc, 0 , sizeof(gprmc));
213. gps_analyse(buff,&gprmc);
214. print_gps(&gprmc);
215. /*所有的就绪描述符处理完了，就退出当前的for循环，继续epoll监测 */
216. if(--ret <= 0)
217. break;
218. }
219. }
220. }
221. close(sockfd);
222. close(epfd);
223. return 0;
224. }

测试结果：

客户端（开发板）：

服务器端：