2023年epoll学习笔记.doc

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1、epoll学习笔记 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,假如采用ET模式,那么仅当状态发生变化时才会告知,而采用LT模式类似于本来的select/poll操作,只要尚有没有解决的事件就会一直告知.以代码来说明问题:一方面给出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,并且接受缓冲区是5字节的,也就是每次只接受5字节的数据:#include#include#include#include#include#include#include#incl

2、ude#includeusingnamespacestd;#defineMAXLINE5#defineOPEN_MAX100#defineLISTENQ20#defineSERV_PORT5000#defineINFTIM1000voidsetnonblocking(intsock)intopts;opts=fcntl(sock,F_GETFL);if(opts0)perror(fcntl(sock,GETFL);exit(1);opts=opts|O_NONBLOCK;if(fcntl(sock,F_SETFL,opts)0)perror(fcntl(sock,SETFL,opts);exi

3、t(1);intmain()inti,maxi,listenfd,connfd,sockfd,epfd,nfds;ssize_tn;charlineMAXLINE;socklen_tclilen;/声明epoll_event结构体的变量,ev用于注册事件,数组用于回传要解决的事件structepoll_eventev,events20;/生成用于解决accept的epoll专用的文献描述符epfd=epoll_create(256);structsockaddr_inclientaddr;structsockaddr_inserveraddr;listenfd=socket(AF_INET,S

4、OCK_STREAM,0);/把socket设立为非阻塞方式/setnonblocking(listenfd);/设立与要解决的事件相关的文献描述符ev.data.fd=listenfd;/设立要解决的事件类型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

5、_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);/解决所发生的所有事件for(i=0;infds;+i)if(eventsi.data.fd=listenfd)connfd

6、=accept(listenfd,(sockaddr*)&clientaddr,&clilen);if(connfd0)perror(connfd0);exit(1);/setnonblocking(connfd);char*str=inet_ntoa(clientaddr.sin_addr);coutaccaptaconnectionfromstrendl;/设立用于读操作的文献描述符ev.data.fd=connfd;/设立用于注测的读操作事件ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;/ev.events=EPOLLIN;/注册evepoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL

7、_ADD,connfd,&ev);elseif(eventsi.events&EPOLLIN)coutEPOLLINendl;if(sockfd=eventsi.data.fd)0)continue;if(n=read(sockfd,line,MAXLINE)0)if(errno=ECONNRESET)close(sockfd);eventsi.data.fd=-1;elsestd:coutreadlineerrorstd:endl;elseif(n=0)close(sockfd);eventsi.data.fd=-1;linen=0;coutreadlinenew($host:$port)o

8、rdiecreatesocketerror$;my$msg_out=;print$socket$msg_out;printnowsendover,gotosleepn;while(1)sleep(1);运营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,并且采用的是ET模式,状态在此之后不发生变化,因此server再也接受不到EPOLLIN事件了.(友情提醒:上面的这个测试客户端,当你关闭它的时候会再次出发IO可读事件给server,此时server就会去

9、读取剩下的5字节数据了,但是这一事件与前面描述的ET性质并不矛盾.)假如我们把client改为这样:#!/usr/bin/perluseIO:Socket;my$host=127.0.0.1;my$port=5000;my$socket=IO:Socket:INET-new($host:$port)ordiecreatesocketerror$;my$msg_out=;print$socket$msg_out;printnowsendover,gotosleepn;sleep(5);print5secondgonesendanotherlinen;print$socket$msg_out;wh

10、ile(1)sleep(1);可以发现,在server接受完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,只但是由于只是读取了5个字节,仍然有10个字节的数据(client第二次发送的数据)没有接受完.假如上面的实验中,对accept的socket都采用的是LT模式,那么只要尚有数据留在buffer中,server就会继续得到告知,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告知,这里所谓的状态的变化并不涉及缓冲区中尚有未解决的数据,也就是说,假如要采用ET模式,

11、需要一直read/write直到犯错为止,很多人反映为什么采用ET模式只接受了一部分数据就再也得不到告知了,大多由于这样;而LT模式是只要有数据没有解决就会一直告知下去的.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,假如是socket是监听socket,那么当有新的积极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,假如在一个时间同时接受了N个连接(N1),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发出告知,此时状态不发生变化;对于一般的socket

12、,就如例子中而言,假如相应的缓冲区自身已有了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导致状态发生变化.2)对于监听可写事件时,同理可推,不再详述.而不管是监听可读还是可写,对方关闭socket连接都将导致状态发生变化,比如在例子中,假如强行中断client脚本,也就是积极中断了socket连接,那么都将导致server端发生状态的变化,从而server得到告知,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)导致的事件才干导致状态发生变化,而本方协议栈中已经解决的事件(涉及接受了对方的数据,接受了对方的积极连接请求)并不是导致

13、状态发生变化的必要条件,状态变化一定是对方导致的.所以在ET模式下的,必须一直解决到犯错或者完全解决完毕,才干进行下一个动作,否则也许会发生错误.此外,从这个例子中,也可以阐述一些基本的网络编程概念.一方面,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受成功, 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受存放在了相应的buffer中,而上层的应用程序是否接受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相应buffer中有数据可读,而此时时候在对端是否在发

14、送数据也不得而知.epoll精髓在linux的网络编程中，很长的时间都在使用select来做事件触发。在linux新的内核中，有了一种替换它的机制，就是epoll。相比于select，epoll最大的好处在于它不会随着监听fd数目的增长而减少效率。由于在内核中的select实现中，它是采用轮询来解决的，轮询的fd数目越多，自然耗时越多。并且，在linux/posix_types.h头文献有这样的声明：#define _FD_SETSIZE 1024表达select最多同时监听1024个fd，当然，可以通过修改头文献再重编译内核来扩大这个数目，但这似乎并不治本。epoll的接口非常简朴，一共就三

15、个函数：1. int epoll_create(int size);创建一个epoll的句柄，size用来告诉内核这个监听的数目一共有多大。这个参数不同于select()中的第一个参数，给出最大监听的fd+1的值。需要注意的是，当创建好epoll句柄后，它就是会占用一个fd值，在linux下假如查看/proc/进程id/fd/，是可以看到这个fd的，所以在使用完epoll后，必须调用close()关闭，否则也许导致fd被耗尽。2. int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);epoll的事件注册函数，它不

16、同与select()是在监听事件时告诉内核要监听什么类型的事件，而是在这里先注册要监听的事件类型。第一个参数是epoll_create()的返回值，第二个参数表达动作，用三个宏来表达：EPOLL_CTL_ADD：注册新的fd到epfd中；EPOLL_CTL_MOD：修改已经注册的fd的监听事件；EPOLL_CTL_DEL：从epfd中删除一个fd；第三个参数是需要监听的fd，第四个参数是告诉内核需要监听什么事，struct epoll_event结构如下：struct epoll_event _uint32_t events; /* Epoll events */ epoll_data_t d

17、ata; /* User data variable */;events可以是以下几个宏的集合：EPOLLIN ：表达相应的文献描述符可以读（涉及对端SOCKET正常关闭）；EPOLLOUT：表达相应的文献描述符可以写；EPOLLPRI：表达相应的文献描述符有紧急的数据可读（这里应当表达有带外数据到来）；EPOLLERR：表达相应的文献描述符发生错误；EPOLLHUP：表达相应的文献描述符被挂断；EPOLLET： 将EPOLL设为边沿触发(Edge Triggered)模式，这是相对于水平触发(Level Triggered)来说的。EPOLLONESHOT：只监听一次事件，当监听完这次事件之

18、后，假如还需要继续监听这个socket的话，需要再次把这个socket加入到EPOLL队列里3. int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);等待事件的产生，类似于select()调用。参数events用来从内核得到事件的集合，maxevents告之内核这个events有多大，这个maxevents的值不能大于创建epoll_create()时的size，参数timeout是超时时间（毫秒，0会立即返回，-1将不拟定，也有说法说是永久阻塞）。该函数返回需要解决的事件数目，如返

19、回0表达已超时。-从man手册中，得到ET和LT的具体描述如下EPOLL事件有两种模型：Edge Triggered (ET)Level Triggered (LT)假如有这样一个例子：1. 我们已经把一个用来从管道中读取数据的文献句柄(RFD)添加到epoll描述符2. 这个时候从管道的另一端被写入了2KB的数据3. 调用epoll_wait(2)，并且它会返回RFD，说明它已经准备好读取操作4. 然后我们读取了1KB的数据5. 调用epoll_wait(2).Edge Triggered 工作模式：假如我们在第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

20、用epoll_wait(2)之后将有也许会挂起，由于剩余的数据还存在于文献的输入缓冲区内，并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。只有在监视的文献句柄上发生了某个事件的时候 ET 工作模式才会报告事件。因此在第5步的时候，调用者也许会放弃等待仍在存在于文献输入缓冲区内的剩余数据。在上面的例子中，会有一个事件产生在RFD句柄上，由于在第2步执行了一个写操作，然后，事件将会在第3步被销毁。由于第4步的读取操作没有读空文献输入缓冲区内的数据，因此我们在第5步调用 epoll_wait(2)完毕后，是否挂起是不拟定的。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

21、献句柄的阻塞读/阻塞写操作把解决多个文献描述符的任务饿死。最佳以下面的方式调用ET模式的epoll接口，在后面会介绍避免也许的缺陷。 i 基于非阻塞文献句柄 ii 只有当read(2)或者write(2)返回EAGAIN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才认为本次事件解决完毕，当read()返回的读到的数据长度小于请求的数据长度时，就可以拟定此时缓冲中已没有数据了，也就可以认为此事读事件已解决完毕。Level Triggered 工作模式相反的，以LT方式调用epoll接口的时候，它就相称于一个速度比较快的poll(2)，并且无论后面的

22、数据是否被使用，因此他们具有同样的职能。由于即使使用ET模式的epoll，在收到多个chunk的数据的时候仍然会产生多个事件。调用者可以设定EPOLLONESHOT标志，在 epoll_wait(2)收到事件后epoll会与事件关联的文献句柄从epoll描述符中严禁掉。因此当EPOLLONESHOT设定后，使用带有 EPOLL_CTL_MOD标志的epoll_ctl(2)解决文献句柄就成为调用者必须作的事情。然后具体解释ET, LT:LT(level triggered)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，内核告诉你一个文献描述符是否就绪了，

23、然后你可以对这个就绪的fd进行IO操作。假如你不作任何操作，内核还是会继续告知你的，所以，这种模式编程犯错误也许性要小一点。传统的select/poll都是这种模型的代表ET(edge-triggered)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献描述符已经就绪，并且不会再为那个文献描述符发送更多的就绪告知，直到你做了某些操作导致那个文献描述符不再为就绪状态了(比如，你在发送，接受或者接受请求，或者发送接受的数据少于一定量时导致了一个EWOULDBLOCK 错误）。但是请注意，假如一直不对这个

24、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告知(only once),但是在TCP协议中，ET模式的加速效用仍需要更多的benchmark确认（这句话不理解）。在许多测试中我们会看到假如没有大量的idle -connection或者dead-connection，epoll的效率并不会比select/poll高很多，但是当我们碰到大量的idle- connection(例如WAN环境中存在大量的慢速连接)，就会发现epoll的效率大大高于select/poll。（未测试）此外，当使用epoll的ET模型来工作时，当产生了一个EPOLLIN事件后，读数据的时候需要考虑的是当r

25、ecv()返回的大小假如等于请求的大小，那么很有也许是缓冲区尚有数据未读完，也意味着该次事件还没有解决完，所以还需要再次读取：while(rs) buflen = recv(activeeventsi.data.fd, buf, sizeof(buf), 0); if(buflen 0) / 由于是非阻塞的模式,所以当errno为EAGAIN时,表达当前缓冲区已无数据可读 / 在这里就当作是该次事件已解决处. if(errno = EAGAIN) break; else return; else if(buflen = 0) / 这里表达对端的socket已正常关闭. if(buflen =

26、sizeof(buf) rs = 1; / 需要再次读取 else rs = 0;尚有，假如发送端流量大于接受端的流量(意思是epoll所在的程序读比转发的socket要快),由于是非阻塞的socket,那么send()函数虽然返回,但实际缓冲区的数据并未真正发给接受端,这样不断的读和发，当缓冲区满后会产生EAGAIN错误(参考man send),同时,不理睬这次请求发送的数据.所以,需要封装socket_send()的函数用来解决这种情况,该函数会尽量将数据写完再返回，返回-1表达犯错。在socket_send()内部,当写缓冲已满(send()返回-1,且errno为EAGAIN),那么会

27、等待后再重试.这种方式并不很完美,在理论上也许会长时间的阻塞在socket_send()内部,但暂没有更好的办法.ssize_t socket_send(int sockfd, const char* buffer, size_t buflen) ssize_t tmp; size_t total = buflen; const char *p = buffer; while(1) tmp = send(sockfd, p, total, 0); if(tmp 0) / 当send收到信号时,可以继续写,但这里返回-1. if(errno = EINTR) return -1; / 当sock

28、et是非阻塞时,如返回此错误,表达写缓冲队列已满, / 在这里做延时后再重试. if(errno = EAGAIN) usleep(1000); continue; return -1; if(size_t)tmp = total) return buflen; total -= tmp; p += tmp; return tmp;在linux的网络编程中，很长的时间都在使用select来做事件触发。在linux新的内核中，有了一种替换它的机制，就是epoll。 相比于select，epoll最大的好处在于它不会随着监听fd数目的增长而减少效率。由于在内核中的select实现中，它是采用轮询来

29、解决的，轮询的fd数目越多，自然耗时越多。并且，在linux/posix_types.h头文献有这样的声明： #define _FD_SETSIZE 1024 表达select最多同时监听1024个fd，当然，可以通过修改头文献再重编译内核来扩大这个数目，但这似乎并不治本。 epoll的接口非常简朴，一共就三个函数： 1. int epoll_create(int size); 创建一个epoll的句柄，size用来告诉内核这个监听的数目一共有多大。这个参数不同于select()中的第一个参数，给出最大监听的fd+1的值。需要注意的是，当创建好epoll句柄后，它就是会占用一个fd值，在lin

30、ux下假如查看/proc/进程id/fd/，是可以看到这个fd的，所以在使用完epoll后，必须调用close()关闭，否则也许导致fd被耗尽。 2. int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event); epoll的事件注册函数，它不同与select()是在监听事件时告诉内核要监听什么类型的事件，而是在这里先注册要监听的事件类型。第一个参数是epoll_create()的返回值，第二个参数表达动作，用三个宏来表达： EPOLL_CTL_ADD：注册新的fd到epfd中； EPOLL_CTL_MOD：修改已经注册

31、的fd的监听事件； EPOLL_CTL_DEL：从epfd中删除一个fd； 第三个参数是需要监听的fd，第四个参数是告诉内核需要监听什么事，struct epoll_event结构如下： struct epoll_event _uint32_t events; /* Epoll events */ epoll_data_t data; /* User data variable */ ; events可以是以下几个宏的集合： EPOLLIN ：表达相应的文献描述符可以读（涉及对端SOCKET正常关闭）； EPOLLOUT：表达相应的文献描述符可以写； EPOLLPRI：表达相应的文献描述符有紧

32、急的数据可读（这里应当表达有带外数据到来）； EPOLLERR：表达相应的文献描述符发生错误； EPOLLHUP：表达相应的文献描述符被挂断； EPOLLET： 将EPOLL设为边沿触发(Edge Triggered)模式，这是相对于水平触发(Level Triggered)来说的。 EPOLLONESHOT：只监听一次事件，当监听完这次事件之后，假如还需要继续监听这个socket的话，需要再次把这个socket加入到EPOLL队列里 3. int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int time

33、out); 等待事件的产生，类似于select()调用。参数events用来从内核得到事件的集合，maxevents告之内核这个events有多大，这个maxevents的值不能大于创建epoll_create()时的size，参数timeout是超时时间（毫秒，0会立即返回，-1将不拟定，也有说法说是永久阻塞）。该函数返回需要解决的事件数目，如返回0表达已超时。 - 从man手册中，得到ET和LT的具体描述如下 EPOLL事件有两种模型： Edge Triggered (ET) Level Triggered (LT) 假如有这样一个例子： 1. 我们已经把一个用来从管道中读取数据的文献句柄

34、(RFD)添加到epoll描述符 2. 这个时候从管道的另一端被写入了2KB的数据 3. 调用epoll_wait(2)，并且它会返回RFD，说明它已经准备好读取操作 4. 然后我们读取了1KB的数据 5. 调用epoll_wait(2). Edge Triggered 工作模式： 假如我们在第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(2)之后将有也许会挂起，由于剩余的数据还存在于文献的输入缓冲区内，并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。只有在监视的文献句柄上发生了某个事件的时候 ET 工作模式才会报告事件。因此在第

35、5步的时候，调用者也许会放弃等待仍在存在于文献输入缓冲区内的剩余数据。在上面的例子中，会有一个事件产生在RFD句柄上，由于在第2步执行了一个写操作，然后，事件将会在第3步被销毁。由于第4步的读取操作没有读空文献输入缓冲区内的数据，因此我们在第5步调用 epoll_wait(2)完毕后，是否挂起是不拟定的。epoll工作在ET模式的时候，必须使用非阻塞套接口，以避免由于一个文献句柄的阻塞读/阻塞写操作把解决多个文献描述符的任务饿死。最佳以下面的方式调用ET模式的epoll接口，在后面会介绍避免也许的缺陷。 i 基于非阻塞文献句柄 ii 只有当read(2)或者write(2)返回EAGAIN时才

36、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才认为本次事件解决完毕，当read()返回的读到的数据长度小于请求的数据长度时，就可以拟定此时缓冲中已没有数据了，也就可以认为此事读事件已解决完毕。 Level Triggered 工作模式 相反的，以LT方式调用epoll接口的时候，它就相称于一个速度比较快的poll(2)，并且无论后面的数据是否被使用，因此他们具有同样的职能。由于即使使用ET模式的epoll，在收到多个chunk的数据的时候仍然会产生多个事件。调用者可以设定EPOLLONESHOT标志，在 epoll_wait(2)收到事件后epoll

37、会与事件关联的文献句柄从epoll描述符中严禁掉。因此当EPOLLONESHOT设定后，使用带有 EPOLL_CTL_MOD标志的epoll_ctl(2)解决文献句柄就成为调用者必须作的事情。 然后具体解释ET, LT: LT(level triggered)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，内核告诉你一个文献描述符是否就绪了，然后你可以对这个就绪的fd进行IO操作。假如你不作任何操作，内核还是会继续告知你的，所以，这种模式编程犯错误也许性要小一点。传统的select/poll都是这种模型的代表 ET(edge-triggered)是高速工

38、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献描述符已经就绪，并且不会再为那个文献描述符发送更多的就绪告知，直到你做了某些操作导致那个文献描述符不再为就绪状态了(比如，你在发送，接受或者接受请求，或者发送接受的数据少于一定量时导致了一个EWOULDBLOCK 错误）。但是请注意，假如一直不对这个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告知(only once),但是在TCP协议中，ET模式的加速效用仍需要更多的benchmark确认（这句话不理解）。 在许多测试中我们会看到假如没有大量的idle -connection或者dead-connection，epoll的效率并不会比select/poll高很多，但是当我们碰到大量的idle- connection(例如WAN环境中存在大量的慢速连接)，就会发现epoll的效率大大高于select/poll。（未测试） 此外，当使用epoll的ET模型来工作时，当产生了一个EPOLLIN事件后， 读数据的时候需要考虑的是当recv()返回的大小假如等于请求的大小，那么很