epoll学习笔记

petterla

epoll有两种模式,Edge Triggered(简称ET) 和 Level Triggered(简称LT).在采用这两种模式时要注意的是,如果采用ET模式,那么仅当状态发生变化时才会通知,而采用LT模式类似于原来的 select/poll操作,只要还有没有处理的事件就会一直通知.

以代码来说明问题:
首先给出server的代码,需要说明的是每次accept的连接,加入可读集的时候采用的都是ET模式,而且接收缓冲区是5字节的,也就是每次只接收5字节的数据:
#include <iostream>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>

using namespace std;

#define MAXLINE 5
#define OPEN_MAX 100
#define LISTENQ 20
#define SERV_PORT 5000
#define INFTIM 1000

void setnonblocking(int sock)
{
  int opts;
  opts=fcntl(sock,F_GETFL);
  if(opts<0)
  {
    perror(\"fcntl(sock,GETFL)\");
    exit(1);
  }
  opts = opts|O_NONBLOCK;
  if(fcntl(sock,F_SETFL,opts)<0)
  {
    perror(\"fcntl(sock,SETFL,opts)\");
    exit(1);
  }  
}

int main()
{
  int i, maxi, listenfd, connfd, sockfd,epfd,nfds;
  ssize_t n;
  char line[MAXLINE];
  socklen_t clilen;
  //声明epoll_event结构体的变量,ev用于注册事件,数组用于回传要处理的事件
  struct epoll_event ev,events[20];
  //生成用于处理accept的epoll专用的文件描述符
  epfd=epoll_create(256);
  struct sockaddr_in clientaddr;
  struct sockaddr_in serveraddr;
  listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
  //把socket设置为非阻塞方式
  //setnonblocking(listenfd);
  //设置与要处理的事件相关的文件描述符
  ev.data.fd=listenfd;
  //设置要处理的事件类型
  ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
  //ev.events=EPOLLIN;
  //注册epoll事件
  epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,listenfd,&ev);
  bzero(&serveraddr, sizeof(serveraddr));
  serveraddr.sin_family = AF_INET;
  char *local_addr=\"127.0.0.1\";
  inet_aton(local_addr,&(serveraddr.sin_addr));//htons(SERV_PORT);
  serveraddr.sin_port=htons(SERV_PORT);
  bind(listenfd,(sockaddr *)&serveraddr, sizeof(serveraddr));
  listen(listenfd, LISTENQ);
  maxi = 0;
  for ( ; ; ) {
    //等待epoll事件的发生
    nfds=epoll_wait(epfd,events,20,500);
    //处理所发生的所有事件   
    for(i=0;i<nfds;++i)
    {
      if(events.data.fd==listenfd)
      {
        connfd = accept(listenfd,(sockaddr *)&clientaddr, &clilen);
        if(connfd<0){
          perror(\"connfd<0\");
          exit(1);
        }
        //setnonblocking(connfd);
        char *str = inet_ntoa(clientaddr.sin_addr);
        cout << \"accapt a connection from \" << str << endl;
        //设置用于读操作的文件描述符
        ev.data.fd=connfd;
        //设置用于注测的读操作事件
        ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
        //ev.events=EPOLLIN;
        //注册ev
        epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,connfd,&ev);
      }
      else if(events.events&EPOLLIN)
      {
        cout << \"EPOLLIN\" << endl;
        if ( (sockfd = events.data.fd) < 0)
          continue;
        if ( (n = read(sockfd, line, MAXLINE)) < 0) {
          if (errno == ECONNRESET) {
            close(sockfd);
            events.data.fd = -1;
          } else
            std::cout<<\"readline error\"<<std::endl;
        } else if (n == 0) {
          close(sockfd);
          events.data.fd = -1;
        }
        line[n] = &#39;\\0&#39;;
        cout << \"read \" << line << endl;
        //设置用于写操作的文件描述符
        ev.data.fd=sockfd;
        //设置用于注测的写操作事件
        ev.events=EPOLLOUT|EPOLLET;
        //修改sockfd上要处理的事件为EPOLLOUT
        //epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev);
      }
      else if(events.events&EPOLLOUT)
      {  
        sockfd = events.data.fd;
        write(sockfd, line, n);
        //设置用于读操作的文件描述符
        ev.data.fd=sockfd;
        //设置用于注测的读操作事件
        ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
        //修改sockfd上要处理的事件为EPOLIN
        epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev);
      }
    }
  }
  return 0;
}


下面给出测试所用的Perl写的client端,在client中发送10字节的数据,同时让client在发送完数据之后进入死循环, 也就是在发送完之后连接的状态不发生改变--既不再发送数据, 也不关闭连接,这样才能观察出server的状态:
#!/usr/bin/perl

use IO::Socket;

my $host = \"127.0.0.1\";
my $port = 5000;

my $socket = IO::Socket::INET->new(\"$hostport\") or die \"create socket error $@\";
my $msg_out = \"1234567890\";
print $socket $msg_out;
print \"now send over, go to sleep\\n\";

while (1)
{
  sleep(1);
}
运行server和client发现,server仅仅读取了5字节的数据,而client其实发送了10字节的数据,也就是说,server仅当第一次监听到了EPOLLIN事件,由于没有读取完数据,而且采用的是ET模式,状态在此之后不发生变化,因此server再也接收不到EPOLLIN事件了.

如果我们把client改为这样:
#!/usr/bin/perl

use IO::Socket;

my $host = \"127.0.0.1\";
my $port = 5000;

my $socket = IO::Socket::INET->new(\"$hostport\") or die \"create socket error $@\";
my $msg_out = \"1234567890\";
print $socket $msg_out;
print \"now send over, go to sleep\\n\";
sleep(5);
print \"5 second gonesend another line\\n\";
print $socket $msg_out;

while (1)
{
  sleep(1);
}

可以发现,在server接收完5字节的数据之后一直监听不到client的事件,而当client休眠5秒之后重新发送数据,server再次监听到了变化,只不过因为只是读取了5个字节,仍然有10个字节的数据(client第二次发送的数据)没有接收完.

如果上面的实验中,对accept的socket都采用的是LT模式,那么只要还有数据留在buffer中,server就会继续得到通知,读者可以自行改动代码进行实验.

基于这两个实验,可以得出这样的结论:ET模式仅当状态发生变化的时候才获得通知,这里所谓的状态的变化并不包括缓冲区中还有未处理的数据,也就是说,如果要采用ET模式,需要一直read/write直到出错为止,很多人反映为什么采用ET模式只接收了一部分数据就再也得不到通知了,大多因为这样;而LT 模式是只要有数据没有处理就会一直通知下去的.

补充说明一下这里一直强调的\"状态变化\"是什么:

1)对于监听可读事件时,如果是socket是监听socket,那么当有新的主动连接到来为状态发生变化;对一般的socket而言,协议栈中相应的缓冲区有新的数据为状态发生变化.但是,如果在一个时间同时接收了N个连接(N>1),但是监听socket只accept了一个连接,那么其它未 accept的连接将不会在ET模式下给监听socket发出通知,此时状态不发生变化;对于一般的socket,就如例子中而言,如果对应的缓冲区本身已经有了N字节的数据,而只取出了小于N字节的数据,那么残存的数据不会造成状态发生变化.

2)对于监听可写事件时,同理可推,不再详述.

而不论是监听可读还是可写,对方关闭socket连接都将造成状态发生变化,比如在例子中,如果强行中断client脚本,也就是主动中断了socket连接,那么都将造成server端发生状态的变化,从而server得到通知,将已经在本方缓冲区中的数据读出.

把前面的描述可以总结如下:仅当对方的动作(发出数据,关闭连接等)造成的事件才能导致状态发生变化,而本方协议栈中已经处理的事件(包括接收了对方的数据,接收了对方的主动连接请求)并不是造成状态发生变化的必要条件,状态变化一定是对方造成的.所以在ET模式下的,必须一直处理到出错或者完全处理完毕,才能进行下一个动作,否则可能会发生错误.

另外,从这个例子中,也可以阐述一些基本的网络编程概念.首先,连接的两端中,一端发送成功并不代表着对方上层应用程序接收成功, 就拿上面的client测试程序来说,10字节的数据已经发送成功,但是上层的server并没有调用read读取数据,因此发送成功仅仅说明了数据被对方的协议栈接收存放在了相应的buffer中,而上层的应用程序是否接收了这部分数据不得而知;同样的,读取数据时也只代表着本方协议栈的对应 buffer中有数据可读,而此时时候在对端是否在发送数据也不得而知.