Epoll在LT和ET模式下的读写方式
本文最后更新于 4246 天前,其中的信息可能已经有所发展或是发生改变。

在一个非阻塞的socket上调用read/write函数, 返回EAGAIN或者EWOULDBLOCK(注: EAGAIN就是EWOULDBLOCK)
从字面上看, 意思是:EAGAIN: 再试一次,EWOULDBLOCK: 如果这是一个阻塞socket, 操作将被block,perror输出: Resource temporarily unavailable

总结:
这个错误表示资源暂时不够,能read时,读缓冲区没有数据,或者write时,写缓冲区满了。遇到这种情况,如果是阻塞socket,read/write就要阻塞掉。而如果是非阻塞socket,read/write立即返回-1, 同时errno设置为EAGAIN。
所以,对于阻塞socket,read/write返回-1代表网络出错了。但对于非阻塞socket,read/write返回-1不一定网络真的出错了。可能是Resource temporarily unavailable。这时你应该再试,直到Resource available。

综上,对于non-blocking的socket,正确的读写操作为:
读:忽略掉errno = EAGAIN的错误,下次继续读 
写:忽略掉errno = EAGAIN的错误,下次继续写 

对于select和epoll的LT模式,这种读写方式是没有问题的。但对于epoll的ET模式,这种方式还有漏洞。

epoll的两种模式LT和ET
二者的差异在于level-trigger模式下只要某个socket处于readable/writable状态,无论什么时候进行epoll_wait都会返回该socket;而edge-trigger模式下只有某个socket从unreadable变为readable或从unwritable变为writable时,epoll_wait才会返回该socket。

所以,在epoll的ET模式下,正确的读写方式为:
读:只要可读,就一直读,直到返回0,或者 errno = EAGAIN
写:只要可写,就一直写,直到数据发送完,或者 errno = EAGAIN

正确的读

n = 0;
while ((nread = read(fd, buf + n, BUFSIZ-1)) > 0) {
    n += nread;
}
if (nread == -1 && errno != EAGAIN) {
    perror("read error");
}

正确的写

int nwrite, data_size = strlen(buf);
n = data_size;
while (n > 0) {
    nwrite = write(fd, buf + data_size - n, n);
    if (nwrite < n) {
        if (nwrite == -1 && errno != EAGAIN) {
            perror("write error");
        }
        break;
    }
    n -= nwrite;
}

正确的accept,accept 要考虑 2 个问题
(1) 阻塞模式 accept 存在的问题
考虑这种情况:TCP连接被客户端夭折,即在服务器调用accept之前,客户端主动发送RST终止连接,导致刚刚建立的连接从就绪队列中移出,如果套接口被设置成阻塞模式,服务器就会一直阻塞在accept调用上,直到其他某个客户建立一个新的连接为止。但是在此期间,服务器单纯地阻塞在accept调用上,就绪队列中的其他描述符都得不到处理。

解决办法是把监听套接口设置为非阻塞,当客户在服务器调用accept之前中止某个连接时,accept调用可以立即返回-1,这时源自Berkeley的实现会在内核中处理该事件,并不会将该事件通知给epool,而其他实现把errno设置为ECONNABORTED或者EPROTO错误,我们应该忽略这两个错误。

(2)ET模式下accept存在的问题
考虑这种情况:多个连接同时到达,服务器的TCP就绪队列瞬间积累多个就绪连接,由于是边缘触发模式,epoll只会通知一次,accept只处理一个连接,导致TCP就绪队列中剩下的连接都得不到处理。

解决办法是用while循环抱住accept调用,处理完TCP就绪队列中的所有连接后再退出循环。如何知道是否处理完就绪队列中的所有连接呢?accept返回-1并且errno设置为EAGAIN就表示所有连接都处理完。

综合以上两种情况,服务器应该使用非阻塞地accept,accept在ET模式下的正确使用方式为:

while ((conn_sock = accept(listenfd,(struct sockaddr *) &remote, (size_t *)&addrlen)) > 0) {
    handle_client(conn_sock);
}
if (conn_sock == -1) {
    if (errno != EAGAIN && errno != ECONNABORTED && errno != EPROTO && errno != EINTR)
    perror("accept");
}

一道腾讯后台开发的面试题
使用Linuxepoll模型,水平触发模式;当socket可写时,会不停的触发socket可写的事件,如何处理?

第一种最普遍的方式:
需要向socket写数据的时候才把socket加入epoll,等待可写事件。
接受到可写事件后,调用write或者send发送数据。
当所有数据都写完后,把socket移出epoll。

这种方式的缺点是,即使发送很少的数据,也要把socket加入epoll,写完后在移出epoll,有一定操作代价。

一种改进的方式:
开始不把socket加入epoll,需要向socket写数据的时候,直接调用write或者send发送数据。如果返回EAGAIN,把socket加入epoll,在epoll的驱动下写数据,全部数据发送完毕后,再移出epoll。

这种方式的优点是:数据不多的时候可以避免epoll的事件处理,提高效率。

最后贴一个使用epoll,ET模式的简单HTTP服务器代码:

#include <sys/socket.h>
#include <sys/wait.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/tcp.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <sys/sendfile.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <strings.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>

#define MAX_EVENTS 10
#define PORT 8080

//设置socket连接为非阻塞模式
void setnonblocking(int sockfd) {
    int opts;

    opts = fcntl(sockfd, F_GETFL);
    if(opts < 0) {
        perror("fcntl(F_GETFL)\n");
        exit(1);
    }
    opts = (opts | O_NONBLOCK);
    if(fcntl(sockfd, F_SETFL, opts) < 0) {
        perror("fcntl(F_SETFL)\n");
        exit(1);
    }
}

int main(){
    struct epoll_event ev, events[MAX_EVENTS];
    int addrlen, listenfd, conn_sock, nfds, epfd, fd, i, nread, n;
    struct sockaddr_in local, remote;
    char buf[BUFSIZ];

    //创建listen socket
    if( (listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
        perror("sockfd\n");
        exit(1);
    }
    setnonblocking(listenfd);
    bzero(&local, sizeof(local));
    local.sin_family = AF_INET;
    local.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);;
    local.sin_port = htons(PORT);
    if( bind(listenfd, (struct sockaddr *) &local, sizeof(local)) < 0) {
        perror("bind\n");
        exit(1);
    }
    listen(listenfd, 20);

    epfd = epoll_create(MAX_EVENTS);
    if (epfd == -1) {
        perror("epoll_create");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    ev.events = EPOLLIN;
    ev.data.fd = listenfd;
    if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, listenfd, &ev) == -1) {
        perror("epoll_ctl: listen_sock");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    for (;;) {
        nfds = epoll_wait(epfd, events, MAX_EVENTS, -1);
        if (nfds == -1) {
            perror("epoll_pwait");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }

        for (i = 0; i < nfds; ++i) {
            fd = events[i].data.fd;
            if (fd == listenfd) {
                while ((conn_sock = accept(listenfd,(struct sockaddr *) &remote,
                                (size_t *)&addrlen)) > 0) {
                    setnonblocking(conn_sock);
                    ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;
                    ev.data.fd = conn_sock;
                    if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, conn_sock,
                                &ev) == -1) {
                        perror("epoll_ctl: add");
                        exit(EXIT_FAILURE);
                    }
                }
                if (conn_sock == -1) {
                    if (errno != EAGAIN && errno != ECONNABORTED
                            && errno != EPROTO && errno != EINTR)
                        perror("accept");
                }
                continue;
            }
            if (events[i].events & EPOLLIN) {
                n = 0;
                while ((nread = read(fd, buf + n, BUFSIZ-1)) > 0) {
                    n += nread;
                }
                if (nread == -1 && errno != EAGAIN) {
                    perror("read error");
                }
                ev.data.fd = fd;
                ev.events = events[i].events | EPOLLOUT;
                if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_MOD, fd, &ev) == -1) {
                    perror("epoll_ctl: mod");
                }
            }
            if (events[i].events & EPOLLOUT) {
                sprintf(buf, "HTTP/1.1 200 OK\r\nContent-Length: %d\r\n\r\nHello World", 11);
                int nwrite, data_size = strlen(buf);
                n = data_size;
                while (n > 0) {
                    nwrite = write(fd, buf + data_size - n, n);
                    if (nwrite < n) {
                        if (nwrite == -1 && errno != EAGAIN) {
                            perror("write error");
                        }
                        break;
                    }
                    n -= nwrite;
                }
                close(fd);
            }
        }
    }

    return 0;
}

评论

  1. 11年前
    2012-10-26 10:09:16

    哇塞,全是代码,看起来很高深的样子啊

  2. 11年前
    2012-10-26 10:09:45

    哇塞,全是代码,看起来很高深的样子啊

  3. 11年前
    2012-12-02 2:04:27

    二者的差异在于level-trigger模式下只要某个socket处于readable/writable状态,无论什么时候进行epoll_wait都会返回该socket;而edge-trigger模式下只有某个socket从unreadable变为readable或从unwritable变为writable时,epoll_wait才会返回该socket。

  4. 11年前
    2012-12-28 18:51:58

    需要向socket写数据的时候才把socket加入epoll,等待可写事件,接受到可写事件后,调用write或者send发送数据。
    当所有数据都写完后,把socket移出epoll。考虑这种情况:多个连接同时到达,服务器的TCP就绪队列瞬间积累多个就绪连接,由于是边缘触发模式,epoll只会通知一次,accept只处理一个连接,导致TCP就绪队列中剩下的连接都得不到处理。

    • bankdev
      洁净棚www.qilvc.com
      8年前
      2016-7-17 9:16:22

      确实是这样的,我在做自己写的平台压力测试时候发现的,很有参考意义,谢谢

  5. 11年前
    2013-2-09 22:20:40

    支持原创

  6. 11年前
    2013-3-07 15:44:05

    楼主厉害啊。

  7. bp
    11年前
    2013-7-05 9:40:36

    对epolll又多了一些理解,谢谢,真希望还有更全面的

  8. kevin
    10年前
    2013-9-11 20:57:02

    我碰到一种情况数据读完后,依然返回 -1 且errno == EWOULDBLOCK,然后readable就不会再触发了,导致下面的write不会执行。用的是ET模式,不知道有没有人遇到过。

    • hayespan
      kevin
      7年前
      2017-2-02 0:06:27

      你说的这种情况行为是正确的。读端返回-1且errno==EAGAIN的意思是读缓冲区的数据已经读完了,暂时没有数据可读,如果后续写端有继续write,那么ET模式下就会通知可读。但是业务逻辑上,写端如果已经完成所有数据的写入,应该“通知”读端不用再读,例如可以关闭socket写端,这样读端read就会返回0,继续执行后续的write逻辑。

  9. lvfj
    10年前
    2013-10-24 11:21:21

    使用Linuxepoll模型,水平触发模式;当socket可写时,会不停的触发socket可写的事件,如何处理?

    需要send的时候,epoll_ctl 加上EPOLLOUT,send完毕只要把EPOLLOUT事件移除就行了吧

  10. 10年前
    2013-12-06 17:36:31

    叔叔,你好厉害啊。

  11. buzs
    10年前
    2014-3-09 14:16:21

    int nwrite, data_size = strlen(buf);
    n = data_size;
    while (n > 0) {
    nwrite = write(fd, buf + data_size – n, n);
    if (nwrite < n) { if (nwrite == -1 && errno != EAGAIN) { perror("write error"); } break;// break为什么要加在这里?如果一块数据分两次发送,是否会漏发剩下的数据包? } n -= nwrite; }

    • liaohongliu
      buzs
      9年前
      2015-1-16 23:01:04

      我也这么认为

  12. kzangv
    10年前
    2014-3-13 13:19:51

    epoll的两种模式LT和ET
    二者的差异在于level-trigger模式下只要某个socket处于readable/writable状态,无论什么时候进行epoll_wait 都会返回该 socket;而edge-trigger 模式下只有某个socket 从 unreadable 变为 readable 或从 unwritable 变为 writable 时,epoll_wait 才会返回该 socket。

    感觉这里对 socket EPOLLIN 的描述有点小偏差.这里不是由 unreadable 变为 readable 触发,而是由有数据到达来触发.即在 epoll_wait 部分只要有数据到达,那么就会产生 EPOLLIN 事件,而不是接收缓冲区由空变为非空来触发.

    • 大可
      kzangv
      7年前
      2016-9-29 11:18:56

      回复很棒, 我开始以为是由空变为非空才触发, 原来是有数据到达便触发
      解决了误导性的问题

  13. gary
    10年前
    2014-5-05 20:07:04

    提供的代码里listen的fd并没用设置edge trigger。为何还要用while处理呢?

    • hayespan
      gary
      7年前
      2017-2-02 0:12:04

      用while处理,如果一次有很多连接的话,效率较高。我之前写过类似server,LT模式,一次accept一个连接,相比于ET模式下while accept,性能差了很多。

  14. marco
    10年前
    2014-6-01 15:20:49

    用了非阻塞,还要用while来处理读写,这跟没用非阻塞的效果是一样的,按理来说,如果此fd不可读或不可写,应该处理其他的事情,而不应该浪费cpu在while同读写这里

  15. LoveBB
    10年前
    2014-8-06 17:14:15

    区别在于ET不会触发epoll事件,避免while循环空转。但是这里的listenfd貌似没有设置 ET。。

  16. tianwaifeixian
    9年前
    2015-4-23 9:34:31

    从文字上理解是这样的,et 就是假定你所有的时间都是非阻塞模式,但是不好的一点就是 如果某个文件描述长久不使用的时候,就会返回一个错误, lt 就是 把所有的事件 都处理完了之后,也是阻塞模式。

  17. 理宝
    9年前
    2015-5-21 20:48:44

    while ((nread = read(fd, buf + n, BUFSIZ-1)) > 0) {
    n += nread;
    }

    万一TCP缓存的数据比你的buf大怎么办。。。。

  18. 德州五金
    8年前
    2015-9-09 15:01:06

    触发epoll事件,避免while循环空转。但是这。。。

  19. 8年前
    2015-10-23 16:12:26

    用了epoll你还担心accept丢失,而且ET模式是只要有数据来就会触发

  20. 方晋雄
    8年前
    2016-2-25 10:16:17

    Epoll ET模式下httpserver代码中没有 考虑到server端accept之后,客户端断掉或者客户端不发任何数据的情况。这种情况下应当在server端增加超时逻辑,超时后对accept到的client_fd进行释放。 需要用此段代码的朋友请注意!
    另外,MAX_EVENTS 应该如何设置呢? 跟服务器系统配置的最大句柄数相同吗?

  21. 8年前
    2016-4-17 13:52:07

    这么读肯定是错误的,万一数据被分片,只到了一部分数据,你要怎么办?完全没有保障机制。

  22. 邱磊
    8年前
    2016-7-27 11:18:29

    说的对,但是本文的重点不在这里!! 比如http头部,可以用\r\n\r\n,后接Content-Length个字节来代表结束!

  23. lxyscls
    7年前
    2017-1-05 15:26:07

    ET写,每次写的数量少于想写的数量,不是很正常吗?为什么要break?

  24. renwotao
    7年前
    2017-3-31 11:28:02

    阻塞模式 accept 存在的问题这一节中,我不理解这节!!!
    ——
    考虑这种情况:TCP连接被客户端夭折,即在服务器调用accept之前,客户端主动发送RST终止连接,导致刚刚建立的连接从就绪队列中移出,如果套接口被设置成阻塞模式,服务器就会一直阻塞在accept调用上,直到其他某个客户建立一个新的连接为止。但是在此期间,服务器单纯地阻塞在accept调用上,就绪队列中的其他描述符都得不到处理。

    —————
    连接从就绪队列中移除,阻塞套接字阻塞在accept调用,直到某个客户建立新连接???这个怎么理解??

    • renwotao
      7年前
      2017-8-23 13:28:05

      嗯嗯, 我这个地方我认为楼主有点笔误。 其实每次调用 accept函数的时候,会检查一下监听描述符的就绪队列里,是否有准备好的(已完成TCP三路握手的)描述符,如果有accpt就会成功返回。 但是如果套接字是非阻塞的并且就绪队列为空(这个地方楼主笔误了)accpt会阻塞。 另外如果是 描述符已就绪,在服务器调用accpt之前,客户端发送RST导致这个就绪的描述符被移除了并且此时就绪队列中也没有其他的就绪描述符了, 此时基于伯克利的实现的accpt会阻塞,基于其他实现的,accept会返回一个错误。 不知我理解的对不对,参见(UNP 第三版 16.6节 )

  25. jimmyzhuang
    7年前
    2017-5-19 20:06:10

    使用Linuxepoll模型,水平触发模式;当socket可写时,会不停的触发socket可写的事件,如何处理?

    ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

    一开始就把socket注册到epoll,写数据时,如果返回EAGAIN,那么epoll_ctl设置EPOLLOUT标记,下次可写后触发然后继续发送剩余数据;当数据全部发完后,可以epoll_ctl取消设置EPOLLOUT标记,这样就不会触发可写事件了。优点是:不用频繁将socket移入、移出epoll。

  26. 7年前
    2017-6-23 13:26:49

    您好,您的网站做的很不错,已收藏,我会常回来。

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