Linux epoll详解(2)
导读：Linux，之所以是这样，是因为我们注册了可写事件且使用的是 LT 模式，LT 模式下，由于这里的服务器端对应的客户端 fd 一直是可写的，有写事件一直触发，所以
Linux
之所以是这样，是因为我们注册了可写事件且使用的是 LT 模式，LT 模式下，由于这里的服务器端对应的客户端 fd 一直是可写的，有写事件一直触发，所以看到屏幕不断输出。
我们再将服务器端与客户端建立连接时新建的 fd 设置为 ET 模式再实验一下：
/**
* 验证epoll的LT与ET模式的区别, epoll_server.cpp
* zhangyl 2019.04.01
*/
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/epoll.h>
#include<poll.h>
#include<iostream>
#include<string.h>
#include<vector>
#include<errno.h>
#include<iostream>
int main()
{
//创建一个监听socket
int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (listenfd == -1)
{
std::cout << "create listen socket error" << std::endl;
return -1;
}
//设置重用ip地址和端口号
int on = 1;
setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (char*)& on, sizeof(on));
setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEPORT, (char*)& on, sizeof(on));
//将监听socker设置为非阻塞的
int oldSocketFlag = fcntl(listenfd, F_GETFL, 0);
int newSocketFlag = oldSocketFlag | O_NONBLOCK;
if (fcntl(listenfd, F_SETFL, newSocketFlag) == -1)
{
close(listenfd);
std::cout << "set listenfd to nonblock error" << std::endl;
return -1;
}
//初始化服务器地址
struct sockaddr_in bindaddr;
bindaddr.sin_family = AF_INET;
bindaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
bindaddr.sin_port = htons(3000);
if (bind(listenfd, (struct sockaddr*) & bindaddr, sizeof(bindaddr)) == -1)
{
std::cout << "bind listen socker error." << std::endl;
close(listenfd);
return -1;
}
//启动监听
if (listen(listenfd, SOMAXCONN) == -1)
{
std::cout << "listen error." << std::endl;
close(listenfd);
return -1;
}
//创建epollfd
int epollfd = epoll_create(1);
if (epollfd == -1)
{
std::cout << "create epollfd error." << std::endl;
close(listenfd);
return -1;
}
epoll_event listen_fd_event;
listen_fd_event.data.fd = listenfd;
listen_fd_event.events = EPOLLIN;
//取消注释掉这一行，则使用ET模式
//listen_fd_event.events |= EPOLLET;
//将监听sokcet绑定到epollfd上去
if (epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, listenfd, &listen_fd_event) == -1)
{
std::cout << "epoll_ctl error" << std::endl;
close(listenfd);
return -1;
}
int n;
while (true)
{
epoll_event epoll_events[1024];
n = epoll_wait(epollfd, epoll_events, 1024, 1000);
if (n < 0)
{
//被信号中断
if (errno == EINTR)
continue;
//出错,退出
break;
}
else if (n == 0)
{
//超时,继续
continue;
}
for (size_t i = 0; i < n; ++i)
{
//事件可读
if (epoll_events[i].events & EPOLLIN)
{
if (epoll_events[i].data.fd == listenfd)
{
//侦听socket,接受新连接
struct sockaddr_in clientaddr;
socklen_t clientaddrlen = sizeof(clientaddr);
int clientfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*) & clientaddr, &clientaddrlen);
if (clientfd != -1)
{
int oldSocketFlag = fcntl(clientfd, F_GETFL, 0);
int newSocketFlag = oldSocketFlag | O_NONBLOCK;
if (fcntl(clientfd, F_SETFL, newSocketFlag) == -1)
{
close(clientfd);
std::cout << "set clientfd to nonblocking error." << std::endl;
}
else
{
epoll_event client_fd_event;
client_fd_event.data.fd = clientfd;
//同时侦听新来连接socket的读和写时间
client_fd_event.events = EPOLLIN | EPOLLOUT;
//取消注释这一行，则使用ET模式
client_fd_event.events |= EPOLLET;
if (epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, clientfd, &client_fd_event) != -1)
{
std::cout << "new client accepted,clientfd: " << clientfd << std::endl;
}
else
{
std::cout << "add client fd to epollfd error" << std::endl;
close(clientfd);
}
}
}
}
else
{
std::cout << "client fd: " << epoll_events[i].data.fd << " recv data." << std::endl;
//普通clientfd
char recvbuf[1024] = { 0 };
//每次只收一个字节
int m = recv(epoll_events[i].data.fd, recvbuf, 1024, 0);
if (m == 0)
{
//对端关闭了连接，从epollfd上移除clientfd
if (epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_DEL, epoll_events[i].data.fd, NULL) != -1)
{
std::cout << "client disconnected,clientfd:" << epoll_events[i].data.fd << std::endl;
}
close(epoll_events[i].data.fd);
}
else if (m < 0)
{
//出错
if (errno != EWOULDBLOCK && errno != EINTR)
{
if (epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_DEL, epoll_events[i].data.fd, NULL) != -1)
{
std::cout << "client disconnected,clientfd:" << epoll_events[i].data.fd << std::endl;
}
close(epoll_events[i].data.fd);
}
}
else
{
//正常收到数据
std::cout << "recv from client:" << epoll_events[i].data.fd << ", " << recvbuf << std::endl;
epoll_event client_fd_event;
client_fd_event.data.fd = epoll_events[i].data.fd;
//再次给clientfd注册检测可写事件
client_fd_event.events = EPOLLIN | EPOLLOUT | EPOLLET;
if (epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_MOD, epoll_events[i].data.fd, &client_fd_event) != -1)
{
std::cout << "epoll_ctl successfully, mode: EPOLL_CTL_MOD, clientfd:" << epoll_events[i].data.fd << std::endl;
}
}
}
}
else if (epoll_events[i].events & EPOLLOUT)
{
//只处理客户端fd的可写事件
if (epoll_events[i].data.fd != listenfd)
{
//打印结果
std::cout << "EPOLLOUT triggered,clientfd:" << epoll_events[i].data.fd << std::endl;
}
}
else if (epoll_events[i].events & EPOLLERR)
{
// TODO 暂不处理
}
}
}
close(listenfd);
return 0;
}上述逻辑中，服务器端在每次收到客户端消息时会重新给客户端 fd 注册检测可写事件（EPOLLOUT），重新编译代码，启动 epoll_server，再次使用 nc 命令模拟客户端给 epoll_server 发送几条消息，结果如下：
通过上述输出，我们可以发现，epoll_server 使用 ET 模式下即使给客户端 fd 注册了检测可写事件不会一直触发，只会触发一次，触发完后只有再次注册检测可写事件才会继续触发，这里是靠客户端来新消息驱动再次注册检测可写事件。
也就是说，如果我们使用 ET 模式去处理可写事件时不必像 LT 模式那样为了避免不必要的可写触发在触发后需要立即移除检测可写事件。
这就意味着，使用 LT 模式，如果你的实现依赖于可写事件触发去发送数据，那么你一定要在数据发送完之后移除检测可写事件，避免没有数据发送时无意义的触发；
使用 ET 模式时，如果你的实现也依赖于可写事件触发去发送数据，可写事件触发后，你调用 send 函数（Linux 平台也可以使用 write）去发送数据，如果数据本次不能全部发送完（对于非阻塞的 socket，此时 send 函数返回 -1，错误码为 EAGAIN 或 EWOULDBLOCK），你一定要继续注册检测可写事件，否则你剩余的数据就再也没有机会发送了，因为 ET 模式的可写事件再也不会触发。
在目前主流的网络库中，发数据的逻辑都不是上面所说的依赖于写事件触发，在写事件触发时去发数据。这种做法不好，那好的做法是什么呢？我会在后面《收数据与发数据的正确做法》那一节详细介绍。
最后容我再啰嗦几句，总结起来：
- LT 模式下，读事件触发后，可以按需收取想要的字节数，不用把本次接收到的数据收取干净（即不用循环到 recv 或者 read 函数返回 -1，错误码为 EWOULDBLOCK 或 EAGAIN）；ET 模式下，读事件必须把数据收取干净，因为你不一定有下一次机会再收取数据了，即使有机会，也可能存在上次没读完的数据没有及时处理，造成客户端响应延迟。
- LT 模式下，不需要写事件一定要及时移除，避免不必要的触发，浪费 CPU 资源；ET 模式下，写事件触发后，如果还需要下一次的写事件触发来驱动任务（例如发上次剩余的数据），你需要继续注册一次检测可写事件。
- LT 模式和 ET 模式各有优缺点，无所谓孰优孰劣。使用 LT 模式，我们可以自由决定每次收取多少字节（对于普通 socket）或何时接收连接（对于侦听 socket），但是可能会导致多次触发；使用 ET 模式，我们必须每次都要将数据收完（对于普通 socket）或必须理解调用 accept 接收连接（对于侦听socket），其优点是触发次数少。
你一定要透彻地理解 epoll 的 LT 模式和 ET 模式在数据读写时的区别。
因为，现代互联网大环境下作为后台服务载体的主流操作系统是 Linux，而 epoll 系统调用是 Linux 下实现高性能服务网络模块的必备组件！
只有理解了它们，你才能编写出高性能的网络通信库乃至整个服务。
EPOLLONESHOT 选项
epoll 模型还有一个选项叫EPOLLONESHOT，Linux Manual 手册上对这个选项是这样说明的：
Sets the one-shot behavior for the associated file descriptor. This means that after an event is pulled out with epoll_wait the associated file descriptor is internally disabled and no other events will be reported by the epoll interface. The user must call epoll_ctl() with EPOLL_CTL_MOD to rearm the file descriptor with a new event mask.
这段描述的含义是说如果某个 socket 注册了该标志， 其注册监听的事件（例如 EPOLLIN ）触发一次后再也不会继续触发，除非重新注册监听该事件类型。
我们通过一个实例来看一下 EPOLLONESHOT 选项的效果，代码如下：
/**
* 验证 epoll EPOLLONESHOT 选项，epoll_server_with_oneshot.cpp
* zhangyl 2019.04.01
*/
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/epoll.h>
#include<poll.h>
#include<iostream>
#include<string.h>
#include<vector>
#include<errno.h>
#include<iostream>
int main()
{
//创建一个监听socket
int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (listenfd == -1)
{
std::cout << "create listen socket error" << std::endl;
return -1;
}
//设置重用ip地址和端口号
int on = 1;
setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (char*)&on, sizeof(on));
setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEPORT, (char*)&on, sizeof(on));
//将监听socker设置为非阻塞的
int oldSocketFlag = fcntl(listenfd, F_GETFL, 0);
int newSocketFlag = oldSocketFlag | O_NONBLOCK;
if (fcntl(listenfd, F_SETFL, newSocketFlag) == -1)
{
close(listenfd);
std::cout << "set listenfd to nonblock error" << std::endl;
return -1;
}
//初始化服务器地址
struct sockaddr_in bindaddr;
bindaddr.sin_family = AF_INET;
bindaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
bindaddr.sin_port = htons(3000);
if (bind(listenfd, (struct sockaddr*)&bindaddr, sizeof(bindaddr)) == -1)
{
std::cout << "bind listen socker error." << std::endl;
close(listenfd);
return -1;
}
//启动监听
if (listen(listenfd, SOMAXCONN) == -1)
{
std::cout << "listen error." << std::endl;
close(listenfd);
return -1;
}
//创建epollfd
int epollfd = epoll_create(1);
if (epollfd == -1)
{
std::cout << "create epollfd error." << std::endl;
close(listenfd);
return -1;
}
epoll_event listen_fd_event;
listen_fd_event.data.fd = listenfd;
listen_fd_event.events = EPOLLIN;
//将监听sokcet绑定到epollfd上去
if (epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, listenfd, &listen_fd_event) == -1)
{
std::cout << "epoll_ctl error" << std::endl;
close(listenfd);
return -1;
}
int n;
while (true)
{
epoll_event epoll_events[1024];
n = epoll_wait(epollfd, epoll_events, 1024, 1000);
if (n < 0)
{
//被信号中断
if (errno == EINTR)
continue;
//出错,退出
break;
}
else if (n == 0)
{
//超时,继续
continue;
}
for (size_t i = 0; i < n; ++i)
{
//事件可读
if (epoll_events[i].events & EPOLLIN)
{
if (epoll_events[i].data.fd == listenfd)
{
//侦听socket,接受新连接
struct sockaddr_in clientaddr;
socklen_t clientaddrlen = sizeof(clientaddr);
int clientfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &clientaddrlen);
if (clientfd != -1)
{
int oldSocketFlag = fcntl(clientfd, F_GETFL, 0);
int newSocketFlag = oldSocketFlag | O_NONBLOCK;
if (fcntl(clientfd, F_SETFL, newSocketFlag) == -1)
{
close(clientfd);
std::cout << "set clientfd to nonblocking error." << std::endl;
}
else
{
epoll_event client_fd_event;
client_fd_event.data.fd = clientfd;
client_fd_event.events = EPOLLIN;
client_fd_event.events |= EPOLLONESHOT;
if (epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, clientfd, &client_fd_event) != -1)
{
std::cout << "new client accepted,clientfd: " << clientfd << std::endl;
}
else
{
std::cout << "add client fd to epollfd error" << std::endl;
close(clientfd);
}
}
}
}
else
{
std::cout << "client fd: " << epoll_events[i].data.fd << " recv data." << std::endl;
//普通clientfd
char ch;
//每次只收一个字节
int m = recv(epoll_events[i].data.fd, &ch, 1, 0);
if (m == 0)
{
//对端关闭了连接，从epollfd上移除clientfd
if (epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_DEL, epoll_events[i].data.fd, NULL) != -1)
{
std::cout << "client disconnected,clientfd:" << epoll_events[i].data.fd << std::endl;
}
close(epoll_events[i].data.fd);
}
else if (m < 0)
{
//出错
if (errno != EWOULDBLOCK && errno != EINTR)
{
if (epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_DEL, epoll_events[i].data.fd, NULL) != -1)
{
std::cout << "client disconnected,clientfd:" << epoll_events[i].data.fd << std::endl;
}
close(epoll_events[i].data.fd);
}
}
else
{
//正常收到数据
std::cout << "recv from client:" << epoll_events[i].data.fd << ", " << ch << std::endl;
}
}
}
else if (epoll_events[i].events & POLLERR)
{
// TODO 暂不处理
}
}
}
close(listenfd);
return 0;
}上述代码 132 行给 clientfd 注册 EPOLLONESHOT 事件，由于使用的是水平模式，每次 EPOLLIN 触发后，只读取一个字符。
我们使用 nc 命令模拟一个客户端，看下执行效果：
客户端执行效果：
服务器端执行效果：
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