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【文末送书】计算机网络编程 | epoll详解
作者:mmseoamin日期:2023-12-25

【文末送书】计算机网络编程 | epoll详解,在这里插入图片描述,第1张

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epoll详解

  • 事件模型
    • ET模式
    • LT模式
    • 基于管道epoll ET触发模式
    • 基于网络C/S模型的epoll ET触发模式
    • 基于网络C/S非阻塞模型的epoll ET触发模式
    • epoll的三种工作模式
    • 推书推荐

      专栏:《网络编程》


事件模型

EPOLL事件有两种模型:

  • Edge Triggered (ET) 边缘触发只有数据到来才触发,不管缓存区中是否还有数据。
  • Level Triggered (LT) 水平触发只要有数据都会触发。

    思考如下步骤:

    • 1.假定我们已经把一个用来从管道中读取数据的文件描述符(RFD)添加到epoll描述符。
    • 2.管道的另一端写入了2KB的数据。
    • 3.调用epoll_wait,并且它会返回RFD,说明它已经准备好读取操作。
    • 4.读取1KB的数据。
    • 5.调用epoll_wait……

      在这个过程中,有两种工作模式

      ET模式

      ET模式即Edge Triggered工作模式。

      如果我们在第1步将RFD添加到epoll描述符的时候使用了EPOLLET标志,那么在第5步调用epoll_wait之后将有可能会挂起,因为剩余的数据还存在于文件的输入缓冲区内,而且数据发出端还在等待一个针对已经发出数据的反馈信息。只有在监视的文件句柄上发生了某个事件的时候 ET 工作模式才会汇报事件。因此在第5步的时候,调用者可能会放弃等待仍在存在于文件输入缓冲区内的剩余数据。epoll工作在ET模式的时候,必须使用非阻塞套接口,以避免由于一个文件句柄的阻塞读/阻塞写操作把处理多个文件描述符的任务饿死。最好以下面的方式调用ET模式的epoll接口,在后面会介绍避免可能的缺陷。

      1. 基于非阻塞文件句柄
      2. 只有当read或者write返回EAGAIN(非阻塞读,暂时无数据)时才需要挂起、等待。但这并不是说每次read时都需要循环读,直到读到产生一个EAGAIN才认为此次事件处理完成,当read返回的读到的数据长度小于请求的数据长度时,就可以确定此时缓冲中已没有数据了,也就可以认为此事读事件已处理完成。

      LT模式

      LT模式即Level Triggered工作模式。

      与ET模式不同的是,以LT方式调用epoll接口的时候,它就相当于一个速度比较快的poll,无论后面的数据是否被使用。

      LT(level triggered):LT是缺省的工作方式,并且同时支持block和no-block socket。在这种做法中,内核告诉你一个文件描述符是否就绪了,然后你可以对这个就绪的fd进行IO操作。如果你不作任何操作,内核还是会继续通知你的,所以,这种模式编程出错误可能性要小一点。传统的select/poll都是这种模型的代表。

      ET(edge-triggered):ET是高速工作方式,只支持no-block socket。在这种模式下,当描述符从未就绪变为就绪时,内核通过epoll告诉你。然后它会假设你知道文件描述符已经就绪,并且不会再为那个文件描述符发送更多的就绪通知。请注意,如果一直不对这个fd作IO操作(从而导致它再次变成未就绪),内核不会发送更多的通知(only once).

      基于管道epoll ET触发模式

      #include 
      #include 
      #include 
      #include 
      #include 
      #define MAXLINE 10
      int main(int argc, char *argv[])
      {
      	int efd, i;
      	int pfd[2];
      	pid_t pid;
      	char buf[MAXLINE], ch = 'a';
      	pipe(pfd);
      	pid = fork();
      	if (pid == 0) {
      		close(pfd[0]);
      		while (1) {
      			for (i = 0; i < MAXLINE/2; i++)
      				buf[i] = ch;
      			buf[i-1] = '\n';
      			ch++;
      			for (; i < MAXLINE; i++)
      				buf[i] = ch;
      			buf[i-1] = '\n';
      			ch++;
      			write(pfd[1], buf, sizeof(buf));
      			sleep(2);
      		}
      		close(pfd[1]);
      	} else if (pid > 0) {
      		struct epoll_event event;
      		struct epoll_event resevent[10];
      		int res, len;
      		close(pfd[1]);
      		efd = epoll_create(10);
      		/* event.events = EPOLLIN; */
      		event.events = EPOLLIN | EPOLLET;		/* ET 边沿触发 ,默认是水平触发 */
      		event.data.fd = pfd[0];
      	epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_ADD, pfd[0], &event);
      		while (1) {
      			res = epoll_wait(efd, resevent, 10, -1);
      			printf("res %d\n", res);
      			if (resevent[0].data.fd == pfd[0]) {
      				len = read(pfd[0], buf, MAXLINE/2);
      				write(STDOUT_FILENO, buf, len);
      			}
      		}
      		close(pfd[0]);
      		close(efd);
      	} else {
      		perror("fork");
      		exit(-1);
      	}
      	return 0;
      }
      

      基于网络C/S模型的epoll ET触发模式

      server

      /* server.c */
      #include 
      #include 
      #include 
      #include 
      #include 
      #include 
      #include 
      #include 
      #include 
      #define MAXLINE 10
      #define SERV_PORT 8080
      int main(void)
      {
      	struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;
      	socklen_t cliaddr_len;
      	int listenfd, connfd;
      	char buf[MAXLINE];
      	char str[INET_ADDRSTRLEN];
      	int i, efd;
      	listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
      	bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
      	servaddr.sin_family = AF_INET;
      	servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
      	servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
      	bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
      	listen(listenfd, 20);
      	struct epoll_event event;
      	struct epoll_event resevent[10];
      	int res, len;
      	efd = epoll_create(10);
      	event.events = EPOLLIN | EPOLLET;		/* ET 边沿触发 ,默认是水平触发 */
      	printf("Accepting connections ...\n");
      	cliaddr_len = sizeof(cliaddr);
      	connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &cliaddr_len);
      	printf("received from %s at PORT %d\n",
      			inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr, str, sizeof(str)),
      			ntohs(cliaddr.sin_port));
      	event.data.fd = connfd;
      	epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_ADD, connfd, &event);
      	while (1) {
      		res = epoll_wait(efd, resevent, 10, -1);
      		printf("res %d\n", res);
      		if (resevent[0].data.fd == connfd) {
      			len = read(connfd, buf, MAXLINE/2);
      			write(STDOUT_FILENO, buf, len);
      		}
      	}
      	return 0;
      }
      

      client

      /* client.c */
      #include 
      #include 
      #include 
      #include 
      #define MAXLINE 10
      #define SERV_PORT 8080
      int main(int argc, char *argv[])
      {
      	struct sockaddr_in servaddr;
      	char buf[MAXLINE];
      	int sockfd, i;
      	char ch = 'a';
      	sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
      	bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
      	servaddr.sin_family = AF_INET;
      	inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &servaddr.sin_addr);
      	servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
      	connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
      	while (1) {
      		for (i = 0; i < MAXLINE/2; i++)
      			buf[i] = ch;
      		buf[i-1] = '\n';
      		ch++;
      		for (; i < MAXLINE; i++)
      			buf[i] = ch;
      		buf[i-1] = '\n';
      		ch++;
      		write(sockfd, buf, sizeof(buf));
      		sleep(10);
      	}
      	Close(sockfd);
      	return 0;
      }
      

      基于网络C/S非阻塞模型的epoll ET触发模式

      server

      /* server.c */
      #include 
      #include 
      #include 
      #include 
      #include 
      #include 
      #include 
      #include 
      #include 
      #define MAXLINE 10
      #define SERV_PORT 8080
      int main(void)
      {
      	struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;
      	socklen_t cliaddr_len;
      	int listenfd, connfd;
      	char buf[MAXLINE];
      	char str[INET_ADDRSTRLEN];
      	int i, efd, flag;
      	listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
      	bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
      	servaddr.sin_family = AF_INET;
      	servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
      	servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
      	bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
      	listen(listenfd, 20);
      	struct epoll_event event;
      	struct epoll_event resevent[10];
      	int res, len;
      	efd = epoll_create(10);
      	/* event.events = EPOLLIN; */
      	event.events = EPOLLIN | EPOLLET;		/* ET 边沿触发 ,默认是水平触发 */
      	printf("Accepting connections ...\n");
      	cliaddr_len = sizeof(cliaddr);
      	connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &cliaddr_len);
      	printf("received from %s at PORT %d\n",
      			inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr, str, sizeof(str)),
      			ntohs(cliaddr.sin_port));
      	flag = fcntl(connfd, F_GETFL);
      	flag |= O_NONBLOCK;
      	fcntl(connfd, F_SETFL, flag);
      	event.data.fd = connfd;
      	epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_ADD, connfd, &event);
      	while (1) {
      		printf("epoll_wait begin\n");
      		res = epoll_wait(efd, resevent, 10, -1);
      		printf("epoll_wait end res %d\n", res);
      		if (resevent[0].data.fd == connfd) {
      			while ((len = read(connfd, buf, MAXLINE/2)) > 0)
      				write(STDOUT_FILENO, buf, len);
      		}
      	}
      	return 0;
      }
      

      client

      /* client.c */
      #include 
      #include 
      #include 
      #include 
      #define MAXLINE 10
      #define SERV_PORT 8080
      int main(int argc, char *argv[])
      {
      	struct sockaddr_in servaddr;
      	char buf[MAXLINE];
      	int sockfd, i;
      	char ch = 'a';
      	sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
      	bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
      	servaddr.sin_family = AF_INET;
      	inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &servaddr.sin_addr);
      	servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
      	connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
      	while (1) {
      		for (i = 0; i < MAXLINE/2; i++)
      			buf[i] = ch;
      		buf[i-1] = '\n';
      		ch++;
      		for (; i < MAXLINE; i++)
      			buf[i] = ch;
      		buf[i-1] = '\n';
      		ch++;
      		write(sockfd, buf, sizeof(buf));
      		sleep(10);
      	}
      	Close(sockfd);
      	return 0;
      }
      

      epoll的三种工作模式

      水平触发模式 - (根据读来解释)

      • 只要fd对应的缓冲区有数据,epoll_wait就会返回
      • 返回的次数与发送数据的次数没有关系
      • epoll默认的工作模式

        边沿触发模式 - ET

        • fd - 默认阻塞属性
        • 客户端给server发数据:

          发一次数据server 的 epoll_wait就返回一次

          不在乎数据是否读完

          如果读不完,如何把数据全部读出来?

          while(recv());

          数据读完之后recv会阻塞

          解决阻塞问题 —— 设置非阻塞fd

          边沿非阻塞触发

          • 效率最高

            水平触发模式会多次返回,只要server的read缓冲区有数据,epoll_wait就返回,也就会通知server去读数据,那么在循环检测的时候,只要server的read缓冲区有数据,epoll_wait就会多次调用,多次返回,并通知server去读数据;假如说client发送过了100个数据,也就是serve的read缓冲区有100个数据,但是调用recv函数的时候只能读50个数据,而本次循环只调用了一次recv,那么只能下次循环再读剩余的50个数据,所以下次循环检测的时候,epoll_wait还是会返回,因为缓冲区还是剩余数据。这就是水平触发模式。这样的话虽然client只发了1次,但是epoll_wait会通知两次server去读数据。 —— (printf函数是标准C库函数,C库函数都有一个默认缓冲区,printf的大小是8K。printf函数是行缓冲,使用printf函数的时候,如果不加 \n 会默认等到写满的时候才打印内容,加 \n 会强制把缓冲区的内容打印出来。另外 \0 表示结束,不加 \0 就会一直输出直到遇到 \0,用write(STDOUT_FILENO)替代printf函数就可以解决这些问题。)

            边沿触发模式,client发一次数据epoll_wait只返回一次,也就只读一次,这样的话server的read缓冲区可能会有很多数据堆积,server读数据的时候可能读到的是上一次剩余的数据,并且只有client发的时候,epoll_wait才会通知server去读数据,边沿触发模式尽可能减少了epoll_wait的调用次数,缺点是数据有可能读不完导致堆积。

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