Epoll用法及读写触发条件

Posted 2023-05-07

参考技术A 一、函数解析

1. size不是最大值，而是内核如何对内部结构进行维度设置的提示。

2. epoll_create返回的文件描述符必须使用close关闭。

返回值：成功（非负文件描述符） 失败（-1）

errno（EINVAL-size非正 | ENFILE-文件描述符用完 | ENOMEM-内存不足）

events成员有：

EPOLLIN 关联的文件描述符可读

EPOLLOUT 关联的文件描述符可写

EPOLLRDHUP 流式套接字对端关闭连接或关闭写通道（ET模式写非常有用）2.6.17

EPOLLPRI 关联的文件描述符紧急数据可读

EPOLLERR 关联的文件描述符发生错误

EPOLLHUP  关联的文件描述符挂起

EPOLLET ET模式

EPOLLONESHOT 关联的文件描述符设置一次性行为 2.6.2

op操作有：

EPOLL_CTL_ADD 增加

EPOLL_CTL_MOD 修改

EPOLL_CTL_DEL 删除

返回值：成功（0） 失败（-1）

errno（EBADF-epfd或者fd不是合法的 | EEXIST-重复增加 | EINVAL-epfd不是epoll描述符或者epfd=fd | ENOENT-修改删除的fd不在epoll中 | ENOMEM-内存不足 | EPERM-fd不支持epoll）

1. timeout为0表示立马返回， 为-1表示无限等待

2. 超时或者达到maxevents都会返回

返回值：成功（就绪的文件描述符数量） 失败（-1）

errno（EBADF-epfd不合法 | EFAULT-events没有写权限 | EINTR-超时 | EINVAL-epfd不是epoll描述符或者maxevents小于0） 

二、写过程

水平触发（LT）：只要写缓冲区还有空间，就返回写就绪。

边缘触发（ET）：

    1.首次加入epoll且写缓冲区有空间，返回写就绪（参考四用例第一次调用printf）

    2.写缓冲区内容被取走，返回写就绪（参考四用例的fflush，\n有类似作用）

    3.EPOLL_CTL_MOD修改关联文件描述符event，且写缓冲区有空间，返回写就绪（参考四用例epoll_ctl）

三、读过程

水平触发：只要读缓冲区有数据，就返回可读。

边缘触发：

    数据到来的时候返回可读。（即如果上一次没有读完的数据，需要等到下一次数据到来的时候才能继续读）。

四、用例（写过程）

#include <stdio.h>

#include <sys/epoll.h>

#define STDOUT_FILENO 1

int main(void)

  int epfd, nfds;

  struct epoll_event ev, events[5]; //ev用于注册事件，数组用于返回要处理的事件

  epfd = epoll_create(1); //只需要监听一个描述符——标准输出

  ev.data.fd = STDOUT_FILENO;

  ev.events = EPOLLOUT | EPOLLET; //监听读状态同时设置ET模式

  epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, STDOUT_FILENO, &ev); //注册epoll事件

  for (;;)

    nfds = epoll_wait(epfd, events, 5, -1);

    for (int i = 0; i < nfds; i++)

       if (events[i].data.fd == STDOUT_FILENO)

            printf( "hello world!");

//         ev.data.fd=STDOUT_FILENO;

//         ev.events=EPOLLOUT|EPOLLET;

//         epoll_ctl (epfd,EPOLL_CTL_MOD,STDOUT_FILENO,&ev); //重新MOD事件（ADD无效），返回写就绪，循环输出

//          fflush (stdout); //读取写缓冲区数据，返回写就绪，循环输出



五、如何判断客户端关闭连接

1. TCP recv返回0, 说明对方关闭

2. 注册EPOLLERR, 收到事件是关闭

3. recv/send 返回-1时, 如果错误不是EWOULDBLOCK或者EINTR, 也主动关闭连接。

触发模式和EPOLLONESHOT

触发模式和EPOLLONESHOT

1. 基本概念

水平触发: LT

缺省的工作模式，当被监控的文件描述符上有可读写的事件发生时，epoll_wait() 就会给用户通知，如果用户没有一次的将数据读完(可能是读写缓冲区太小)，那么每次调用epoll_wait()，都会给用户通知。

读缓冲区有数据 - > epoll检测到了会给用户通知

​ a.用户不读数据，数据一直在缓冲区，epoll 会一直通知

​ b.用户只读了一部分数据，epoll会通知

​ c.缓冲区的数据读完了，不通知

边缘触发: ET

当被监控的文件描述符上有可读写的事件发生时，epoll_wait() 只会给用户通知一次。哪怕数据没有一次性读完，再次调用epll_wait()也不会给用户通知。只有当再有新的读写请求到来时，调用epoll_wait()才会给用户通知，但此时读到的数据将包含是上一次没读完的遗留数据，因此边缘触发模式下一定要一次性将数据读完，否则可能出现数据不同步的情况。

读缓冲区有数据 - > epoll检测到了会给用户通知

​ a.用户不读数据，数据一致在缓冲区中，epoll下次检测的时候就不通知了

​ b.用户只读了一部分数据，epoll不通知

​ c.缓冲区的数据读完了，不通知

​ 当用户只读了一部分数据后，又有新的请求数据到来，epoll检测会通知，但此时读的数据将会包含上一次没读完的遗留数据

EPOLLONESHOT:

即使可以使用 ET 模式，一个socket 上的某个事件还是可能被触发多次。这在并发程序中就会引起一个问题。比如一个线程在读取完某个 socket 上的数据后开始处理这些数据，而在数据的处理过程中该socket 上又有新数据可读（EPOLLIN 再次被触发），此时另外一个线程被唤醒来读取这些新的数据。于是就出现了两个线程同时操作一个 socket 的局面。

一个socket连接在任一时刻都只被一个线程处理，可以使用 epoll 的 EPOLLONESHOT 事件实现。对于注册了 EPOLLONESHOT 事件的文件描述符，操作系统最多触发其上注册的一个可读、可写或者异常事件，且只触发一次，除非我们使用 epoll_ctl 函数重置该文件描述符上注册的 EPOLLONESHOT 事件。这样，当一个线程在处理某个 socket 时，其他线程是不可能有机会操作该 socket 的。但反过来思考，注册了EPOLLONESHOT 事件的 socket 一旦被某个线程处理完毕， 该线程就应该立即重置这个socket 上的 EPOLLONESHOT 事件，以确保这个 socket 下一次可读时，其 EPOLLIN 事件能被触发，进而让其他工作线程有机会继续处理这个 socket。

就是在线程回调函数process()的最后重置EPOLLONESHOT

阻塞和非阻塞：

阻塞和非阻塞是文件描述符的属性，而不是系统调用的性质，可以通过fcntl()来改变文件描述符是否阻塞

阻塞IO: 当去读一个阻塞的fd后，如果fd没有数据可读，就会一直阻塞在这里；去写一个阻塞的fd，没有空间可写，也会阻塞在那里。此时CPU无法得到释放去做其他事情

非阻塞IO: 当读一个非阻塞的fd，不论有没有数据，都会立即返回。返回成功说明读写操作完成，返回失败会设置相应的errno，根据errno做相应的处理。在没有数据读写的时候，CPU可以得到释放去做其他事情

2. 为什么边缘触发必须使用非阻塞IO

​ 前面提到的，使用边缘触发如果不一次性读取一个事件上的数据，会干扰下一个事件；造成信息不同步比如接受窗口大小是5，第一次发送了12345678，则客户端只会收到12345，当服务端再次发送一个a，则客户端就会收到678\\na。

那如果加入while循环，让其可以一次性读完数据，在while里面一直读，读完就发送，那么由于是阻塞的，读到没有数据可读，recv就会一直阻塞在那里。无法处理客户端来的信息

借用一下别人对几种IO模型的触发模式的总结：

总结：

1. 对于监听的sockfd，最好使用水平触发模式，边缘触发模式会导致高并发情况下，有的客户端会连接不上。如果非要使用边缘触发，网上有的方案是用while来循环accept()。
2. 对于读写的connfd，水平触发模式下，阻塞和非阻塞效果都一样，不过为了防止特殊情况，还是建议设置非阻塞。【若是要while一次性读完，也不能用阻塞的吧】
3. 对于读写的connfd，边缘触发模式下，必须使用非阻塞IO，并要一次性全部读写完数据。

参考链接：

https://blog.csdn.net/Jiangtagong/article/details/116356621