Epoll在LT和ET模式下的读写方式-阿里云开发者社区

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Epoll在LT和ET模式下的读写方式

简介: 在一个非阻塞的socket上调用read/write函数, 返回EAGAIN或者EWOULDBLOCK(注: EAGAIN就是EWOULDBLOCK) 从字面上看, 意思是:EAGAIN: 再试一次,EWOULDBLOCK: 如果这是一个阻塞socket, 操作将被block,perror输出: Resource temporarily unavailable 总结:  这个错误表示资源暂时不够,能read时,读缓冲区没有数据,或者write时,写缓冲区满了。
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在一个非阻塞的socket上调用read/write函数, 返回EAGAIN或者EWOULDBLOCK(注: EAGAIN就是EWOULDBLOCK)

从字面上看, 意思是:EAGAIN: 再试一次,EWOULDBLOCK: 如果这是一个阻塞socket, 操作将被block,perror输出: Resource temporarily unavailable

总结:
  这个错误表示资源暂时不够,能read时,读缓冲区没有数据,或者write时,写缓冲区满了。遇到这种情况,如果是阻塞socket,read/write就要阻塞掉。而如果是非阻塞socket,read/write立即返回-1, 同时errno设置为EAGAIN。
  所以,对于阻塞socket,read/write返回-1代表网络出错了。但对于非阻塞socket,read/write返回-1不一定网络真的出错了。可能是Resource temporarily unavailable。这时你应该再试,直到Resource available。

综上,对于non-blocking的socket,正确的读写操作为:
  读:忽略掉errno = EAGAIN的错误,下次继续读
  写:忽略掉errno = EAGAIN的错误,下次继续写

对于select和epoll的LT模式,这种读写方式是没有问题的。但对于epoll的ET模式,这种方式还有漏洞。

epoll的两种模式LT和ET

二者的差异在于level-trigger模式下只要某个socket处于readable/writable状态,无论什么时候进行epoll_wait都会返回该socket;而edge-trigger模式下只有某个socket从unreadable变为readable或从unwritable变为writable时,epoll_wait才会返回该socket。

所以,在epoll的ET模式下,正确的读写方式为:
    读:只要可读,就一直读,直到返回0,或者 errno = EAGAIN
    写:只要可写,就一直写,直到数据发送完,或者 errno = EAGAIN

正确的读

n = 0;
while ((nread = read(fd, buf + n, BUFSIZ-1)) > 0) {
    n += nread;
}
if (nread == -1 && errno != EAGAIN) {
    perror("read error");
}

正确的写

int nwrite, data_size = strlen(buf);
n = data_size;
while (n > 0) {
    nwrite = write(fd, buf + data_size - n, n);
    if (nwrite < n) {
        if (nwrite == -1 && errno != EAGAIN) {
            perror("write error");
        }
        break;
    }
    n -= nwrite;
}

正确的accept,accept 要考虑 2 个问题
(1) 阻塞模式 accept 存在的问题
考虑这种情况:TCP连接被客户端夭折,即在服务器调用accept之前,客户端主动发送RST终止连接,导致刚刚建立的连接从就绪队列中移出,如果套接口被设置成阻塞模式,服务器就会一直阻塞在accept调用上,直到其他某个客户建立一个新的连接为止。但是在此期间,服务器单纯地阻塞在accept调用上,就绪队列中的其他描述符都得不到处理。

解决办法是把监听套接口设置为非阻塞,当客户在服务器调用accept之前中止某个连接时,accept调用可以立即返回-1,这时源自Berkeley的实现会在内核中处理该事件,并不会将该事件通知给epool,而其他实现把errno设置为ECONNABORTED或者EPROTO错误,我们应该忽略这两个错误。

(2)ET模式下accept存在的问题
考虑这种情况:多个连接同时到达,服务器的TCP就绪队列瞬间积累多个就绪连接,由于是边缘触发模式,epoll只会通知一次,accept只处理一个连接,导致TCP就绪队列中剩下的连接都得不到处理。

解决办法是用while循环抱住accept调用,处理完TCP就绪队列中的所有连接后再退出循环。如何知道是否处理完就绪队列中的所有连接呢?accept返回-1并且errno设置为EAGAIN就表示所有连接都处理完。

综合以上两种情况,服务器应该使用非阻塞地accept,accept在ET模式下的正确使用方式为:

while ((conn_sock = accept(listenfd,(struct sockaddr *) &remote, (size_t *)&addrlen)) > 0) {
    handle_client(conn_sock);
}
if (conn_sock == -1) {
    if (errno != EAGAIN && errno != ECONNABORTED && errno != EPROTO && errno != EINTR)
    perror("accept");
}

一道腾讯后台开发的面试题
使用Linuxepoll模型,水平触发模式;当socket可写时,会不停的触发socket可写的事件,如何处理?

第一种最普遍的方式:
需要向socket写数据的时候才把socket加入epoll,等待可写事件。
接受到可写事件后,调用write或者send发送数据。
当所有数据都写完后,把socket移出epoll。

这种方式的缺点是,即使发送很少的数据,也要把socket加入epoll,写完后在移出epoll,有一定操作代价。

一种改进的方式:
开始不把socket加入epoll,需要向socket写数据的时候,直接调用write或者send发送数据。如果返回EAGAIN,把socket加入epoll,在epoll的驱动下写数据,全部数据发送完毕后,再移出epoll。

这种方式的优点是:数据不多的时候可以避免epoll的事件处理,提高效率。

最后贴一个使用epoll,ET模式的简单HTTP服务器代码:

 

#include <sys/socket.h>
#include <sys/wait.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/tcp.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <sys/sendfile.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <strings.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
 
#define MAX_EVENTS 10
#define PORT 8080
 
//设置socket连接为非阻塞模式
void setnonblocking(int sockfd) {
    int opts;
 
    opts = fcntl(sockfd, F_GETFL);
    if(opts < 0) {
        perror("fcntl(F_GETFL)\n");
        exit(1);
    }
    opts = (opts | O_NONBLOCK);
    if(fcntl(sockfd, F_SETFL, opts) < 0) {
        perror("fcntl(F_SETFL)\n");
        exit(1);
    }
}
 
int main(){
    struct epoll_event ev, events[MAX_EVENTS];
    int addrlen, listenfd, conn_sock, nfds, epfd, fd, i, nread, n;
    struct sockaddr_in local, remote;
    char buf[BUFSIZ];
 
    //创建listen socket
    if( (listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
        perror("sockfd\n");
        exit(1);
    }
    setnonblocking(listenfd);
    bzero(&local, sizeof(local));
    local.sin_family = AF_INET;
    local.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);;
    local.sin_port = htons(PORT);
    if( bind(listenfd, (struct sockaddr *) &local, sizeof(local)) < 0) {
        perror("bind\n");
        exit(1);
    }
    listen(listenfd, 20);
 
    epfd = epoll_create(MAX_EVENTS);
    if (epfd == -1) {
        perror("epoll_create");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
 
    ev.events = EPOLLIN;
    ev.data.fd = listenfd;
    if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, listenfd, &ev) == -1) {
        perror("epoll_ctl: listen_sock");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
 
    for (;;) {
        nfds = epoll_wait(epfd, events, MAX_EVENTS, -1);
        if (nfds == -1) {
            perror("epoll_pwait");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
 
        for (i = 0; i < nfds; ++i) {
            fd = events[i].data.fd;
            if (fd == listenfd) {
                while ((conn_sock = accept(listenfd,(struct sockaddr *) &remote,
                                (size_t *)&addrlen)) > 0) {
                    setnonblocking(conn_sock);
                    ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;
                    ev.data.fd = conn_sock;
                    if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, conn_sock,
                                &ev) == -1) {
                        perror("epoll_ctl: add");
                        exit(EXIT_FAILURE);
                    }
                }
                if (conn_sock == -1) {
                    if (errno != EAGAIN && errno != ECONNABORTED
                            && errno != EPROTO && errno != EINTR)
                        perror("accept");
                }
                continue;
            }  
            if (events[i].events & EPOLLIN) {
                n = 0;
                while ((nread = read(fd, buf + n, BUFSIZ-1)) > 0) {
                    n += nread;
                }
                if (nread == -1 && errno != EAGAIN) {
                    perror("read error");
                }
                ev.data.fd = fd;
                ev.events = events[i].events | EPOLLOUT;
                if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_MOD, fd, &ev) == -1) {
                    perror("epoll_ctl: mod");
                }
            }
            if (events[i].events & EPOLLOUT) {
                sprintf(buf, "HTTP/1.1 200 OK\r\nContent-Length: %d\r\n\r\nHello World", 11);
                int nwrite, data_size = strlen(buf);
                n = data_size;
                while (n > 0) {
                    nwrite = write(fd, buf + data_size - n, n);
                    if (nwrite < n) {
                        if (nwrite == -1 && errno != EAGAIN) {
                            perror("write error");
                        }
                        break;
                    }
                    n -= nwrite;
                }
                close(fd);
            }
        }
    }
 
    return 0;
}

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