Linux编程入门三网络编程三 epoll的LT和ET模式以及EPOLLONESHOT事件
epoll对文件描述符的操作有两种模式：LT(Level Trigger 电平触发)模式和ET(Edge Trigger 边沿触发)模式。
LT是默认的工作模式，这种模式下epoll相当于一个效率较高的poll。对于采用LT工作模式的文件描述符，当epoll_wait检测到其上有事件发生并将此事件通知应用程序后，应用程序可以不立即处理该使事件。这样，当应用程序下一次调用epoll_wait时，epoll_wait还会再次向应用程序通告此事件，直到该事件被处理。
ET是高效的工作模式，对于采用ET模式的文件描述符，当epoll_wait检测到其上有事件发生并将此事件通知应用程序后，应用程序必须立即处理该事件，因为后续的epoll_wait调用将不再向应用程序通知这一事件。
ET模式在很大程序上降低了同一epoll事件被重复触发的次数，因此效率要比LT模式高。每个使用ET模式的文件描述符都应该是非阻塞的。如果文件描述符是阻塞的，那么读或写操作将会因为没有后续的事件而一直处于阻塞状态。
1 #include <sys/types.h>2 #include <sys/socket.h>3 #include <netinet/in.h>4 #include <arpa/inet.h>5 #include <assert.h>6 #include <stdio.h>7 #include <unistd.h>8 #include <errno.h>9 #include <string.h>10 #include <fcntl.h>11 #include <stdlib.h>12 #include <sys/epoll.h>13 #include <pthread.h>14 #define MAX_EVENT_NUMBER 102415 #define BUFFER_SIZE 1016 17 //将文件描述符设置成非阻塞的18 int setnonblocking(int fd);19 //将文件描述符fd上的EPOLLIN注册到epollfd指示的epoll内核事件表中20 //参数enable_et指定是否对fd启用ET模式21 void addfd(int epollfd, int fd, bool enable_et);22 //LT模式工作流程23 void lt(epoll_event* events, int number, int epollfd, int listenfd);24 //ET模式工作流程25 void et(epoll_event* events, int number, int epollfd, int listenfd);26 27 int main(int argc, char* argv[])28 {29 if(argc <= 2)30 {31 printf("usage: %s ip_address port_number", basename(argv[0]));32 return 1;33 }34 const char* ip = argv[1];35 int port = atoi(argv[2]);36 int ret = 0;37 struct sockaddr_in address;38 bzero(&address,sizeof(address));39 address.sin_family = AF_INET;40 inet_pton(AF_INET,ip,&address.sin_addr);41 address.sin_port = htons(port);42 int listenfd = socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0);43 assert(listenfd>=0);44 ret = bind(listenfd, (struct sockaddr*)&address, sizeof(address));45 assert(ret!=-1);46 ret = listen(listenfd,5);47 assert(ret!=-1);48 49 epoll_event events[MAX_EVENT_NUMBER];50 int epollfd = epoll_create(5);51 assert(epollfd!=-1);52 addfd(epollfd, listenfd, true); //ET模式53 while(1)54 {55 int ret = epoll_wait(epollfd, events, MAX_EVENT_NUMBER, -1);56 if(ret < 0)57 {58 printf("epoll failure\n");59 break;60 }61 lt(events,ret,epollfd,listenfd); //使用LT模式62 //et(events,ret,epollfd,listenfd); //使用ET模式63 }64 close(listenfd);65 return 0;66 }67 68 int setnonblocking(int fd)69 {70 int old_option = fcntl(fd, F_GETFL);71 int new_option = old_option|O_NONBLOCK;72 fcntl(fd,F_SETFL,new_option);73 return old_option;74 }75 void addfd(int epollfd, int fd, bool enable_et)76 {77 epoll_event event;78 event.data.fd = fd;79 event.events = EPOLLIN;80 if(enable_et)81 {82 event.events |= EPOLLET;83 }84 epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_ADD,fd,&event);85 setnonblocking(fd);86 }87 void lt(epoll_event* events, int number, int epollfd, int listenfd)88 {89 char buf[BUFFER_SIZE];90 for(int i = 0; i < number; i++)91 {92 int sockfd = events[i].data.fd;93 if(sockfd == listenfd)94 {95 struct sockaddr_in client_address;96 socklen_t client_addrlength = sizeof(client_address);97 int connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&client_address, &clie nt_addrlength);98 addfd(epollfd, connfd, false);99 }else if(events[i].events & EPOLLIN){
100 //只要socket读缓存中还有未读出的数据，这段代码就被触发
101 printf("event trigger once");
102 memset(buf, '\0', BUFFER_SIZE);
103 int ret = recv(sockfd,buf,BUFFER_SIZE-1,0);
104 if(ret<=0)
105 {
106 close(sockfd);
107 continue;
108 }
109 printf("get %d bytes of content: %s\n",ret,buf);
110
111 }else{
112 printf("something else happend\n");
113 }
114 }
115 }
116 void et(epoll_event* events, int number, int epollfd, int listenfd)
117 {
118 char buf[BUFFER_SIZE];
119 for(int i = 0; i < number; i++)
120 {
121 int sockfd = events[i].data.fd;
122 if(sockfd == listenfd)
123 {
124 struct sockaddr_in client_address;
125 socklen_t client_addrlength = sizeof(client_address);
126 int connfd = accept(listenfd,(struct sockaddr*)&client_address,&client _addrlength);
127 addfd(epollfd,connfd,true);
128 }else if(events[i].events & EPOLLIN){
129 //这段代码不会被重复触发，所以我们循环读取数据，确保把socket读缓存中的所有数据读出
130 printf("event trigger once\n");
131 while(1)
132 {
133 memset(buf,'\0', BUFFER_SIZE);
134 int ret = recv(sockfd, buf, BUFFER_SIZE-1, 0);
135 if(ret<0)
136 {
137 //对于非阻塞IO，下面的条件成立表示数据已经全部读取完毕，此后，epoll就再次触发sockfd上的EPOLLIN事件，以驱动下一次读操作
138 if((errno==EAGAIN)||(errno==EWOULDBLOCK))
139 {
140 printf("read later\n");
141 break;
142 }
143 close(sockfd);
144 break;
145 }else if(ret==0){
146 close(sockfd);
147 }else{
148 printf("get %d bytes of content: %s\n",ret,buf);
149 }
150 }
151 }else{
152 printf("something else happened\n");
153 }
154 }
155 }
EPOLLONESHOT事件：即使使用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（或进程，下同）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。而我们期望的是一个socket连接在任一时刻都只被一个线程处理。这点可以使用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。
1 #include <sys/types.h>2 #include <sys/socket.h>3 #include <netinet/in.h>4 #include <arpa/inet.h>5 #include <assert.h>6 #include <stdio.h>7 #include <unistd.h>8 #include <errno.h>9 #include <string.h>10 #include <fcntl.h>11 #include <stdlib.h>12 #include <sys/epoll.h>13 #include <pthread.h>14 #define MAX_EVENT_NUMBER 102415 #define BUFFER_SIZE 102416 struct fds{17 int epollfd;18 int sockfd;19 };20 //将文件描述符设置成非阻塞的21 int setnonblocking(int fd);22 //将fd上的EPOLLIN和EPOLLET事件注册到epollfd指示的epoll内核事件表中23 //参数oneshot指定是否注册fd上的EPOLLONESHOT事件24 void addfd(int epollfd, int fd, bool oneshot);25 //重置fd上的事件，操作系统会触发fd上的EPOLLIN事件且只触发一次26 void reset_oneshot(int epollfd, int fd);27 //工作线程28 void* worker(void* arg);29 30 int main(int argc, char* argv[])31 {32 if( argc<=2 )33 {34 printf("usage: %s ip_address port_number\n", basename(argv[0]));35 return 1;36 }37 const char* ip = argv[1];38 int port = atoi(argv[2]);39 int ret = 0;40 struct sockaddr_in address;41 bzero(&address,sizeof(address));42 address.sin_family = AF_INET;43 inet_pton(AF_INET, ip, &address.sin_addr);44 address.sin_port = htons(port);45 46 int listenfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);47 assert(listenfd>=0);48 ret = bind(listenfd, (struct sockaddr*)&address, sizeof(address));49 assert(ret!=-1);50 ret = listen(listenfd,5);51 assert(ret!=-1);52 53 epoll_event events[MAX_EVENT_NUMBER];54 int epollfd = epoll_create(5);55 assert(ret!=-1);56 //监听socket listenfd是不能注册EPOLLONESHOT事件，否则应用程序只能处理一个客户连接57 //后续客户连接请求不再触发listenfd上的EPOLLIN事件58 addfd(epollfd, listenfd, false);59 60 while(1)61 {62 int ret = epoll_wait(epollfd, events, MAX_EVENT_NUMBER, -1);63 if( ret<0 )64 {65 printf("epoll failure\n");66 break;67 }68 for(int i = 0; i < ret; i++)69 {70 int sockfd = events[i].data.fd;71 if(sockfd==listenfd)72 {73 struct sockaddr_in client_address;74 socklen_t client_addrlength = sizeof(client_address);75 int connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&client_addres s,&client_addrlength);76 //对每个非监听文件描述符都注册EPOLLONESHOT事件77 addfd(epollfd, connfd, true);78 }else if(events[i].events & EPOLLIN)79 {80 pthread_t thread;81 fds fds_for_new_worker;82 fds_for_new_worker.epollfd = epollfd;83 fds_for_new_worker.sockfd = sockfd;84 //启动一个工作线程为sockfd服务85 pthread_create(&thread, NULL, worker, (void*)&fds_for_new_work er);86 }else{87 printf("something else happened\n");88 }89 }90 }91 close(listenfd);92 return 0;93 }94 95 int setnonblocking(int fd)96 {97 int old_option = fcntl(fd,F_GETFL);98 int new_option = old_option | O_NONBLOCK;99 fcntl(fd,F_SETFL,new_option);
100 return old_option;
101 }
102 void addfd(int epollfd, int fd, bool oneshot)
103 {
104 epoll_event event;
105 event.data.fd = fd;
106 event.events = EPOLLIN|EPOLLET;
107 if(oneshot)
108 {
109 event.events |= EPOLLONESHOT;
110 }
111 epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &event);
112 setnonblocking(fd);
113 }
114 void reset_oneshot(int epollfd, int fd)
115 {
116 epoll_event event;
117 event.data.fd = fd;
118 event.events = EPOLLIN|EPOLLET|EPOLLONESHOT;
119 epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_MOD,fd,&event);
120 }
121 void* worker(void* arg)
122 {
123 int sockfd = ((fds*)arg)->sockfd;
124 int epollfd = ((fds*)arg)->epollfd;
125 printf("start new thread to receive data on fd: %d\n", sockfd);
126 char buf[BUFFER_SIZE];
127 memset(buf, '\0', BUFFER_SIZE);
128 while(1)
129 {
130 int ret = recv(sockfd, buf, BUFFER_SIZE-1, 0);
131 if(ret==0)
132 {
133 close(sockfd);
134 printf("foreiner closed the connection\n");
135 break;
136 }else if(ret<0){
137 if(errno==EAGAIN)
138 {
139 reset_oneshot(epollfd,sockfd);
140 printf("read later\n");
141 break;
142 }else{
143 printf("get content: %s\n",buf);
144 sleep(5);
145 }
146 }
147 }
148 printf("end thread receiving data on fd: %d\n",sockfd);
149 }
从工作线程函数worker来看，如果一个工作线程处理完某个socket上的一次请求（用休眠5s来模拟这个过程）之后，又接收到该socket上新的客户请求，则该线程将继续为这个socket服务。并且因为该socket上注册了EPOLLONESHOT事件，其他线程没有机会接触这个socket，如果工作线程处理5s后仍然没有收到该socket上的下一批客户数据，则它将放弃为该socket服务。同时，它调用reset_oneshot函数来重置该socket上的注册事件，这将使epoll有机会再次检测到该socket上的EPOLLIN事件，进而使得其他线程有机会为该socket服务。
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