Epoll模型.docx
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Epoll模型.docx
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Epoll模型
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数目的增长而降低效率。
因为在内核中的select实现中,它是采用轮询来处理的,轮询的fd数目越多,自然耗时越多。
并且,在linux/posix_types.h头文件有这样的声明:
#define__FD_SETSIZE1024
表示select最多同时监听1024个fd,当然,可以通过修改头文件再重编译内核来扩大这个数目,但这似乎并不治本。
epoll的接口非常简单,一共就三个函数:
1.intepoll_create(intsize);
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下如果查看/proc/进程id/fd/,是能够看到这个fd的,所以在使用完epoll后,必须调用close()关闭,否则可能导致fd被耗尽。
2.intepoll_ctl(intepfd,intop,intfd,structepoll_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,
第二个参数表示动作,用三个宏来表示:
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,structepoll_event结构如下:
structepoll_event{
__uint32_tevents;/*Epollevents*/
epoll_data_tdata;/*Userdatavariable*/
};
events可以是以下几个宏的集合:
EPOLLIN:
表示对应的文件描述符可以读(包括对端SOCKET正常关闭);
EPOLLOUT:
表示对应的文件描述符可以写;
EPOLLPRI:
表示对应的文件描述符有紧急的数据可读(这里应该表示有带外数据到来);
EPOLLERR:
表示对应的文件描述符发生错误;
EPOLLHUP:
表示对应的文件描述符被挂断;
EPOLLET:
将EPOLL设为边缘触发(EdgeTriggered)模式,这是相对于水平触发(LevelTriggered)来说的。
EPOLLONESHOT:
只监听一次事件,当监听完这次事件之后,如果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.intepoll_wait(intepfd,structepoll_event*events,intmaxevents,inttimeout);
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将不确定,也有说法说是永久阻塞)。
该函数返回需要处理的事件数目,如返回0表示已超时。
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:
EdgeTriggered(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。
LevelTriggered(LT)水平触发只要有数据都会触发。
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件句柄(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)......
EdgeTriggered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
(2)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。
在上面的例子中,会有一个事件产生在RFD句柄上,因为在第2步执行了一个写操作,然后,事件将会在第3步被销毁。
因为第4步的读取操作没有读空文件输入缓冲区内的数据,因此我们在第5步调用epoll_wait
(2)完成后,是否挂起是不确定的。
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。
i基于非阻塞文件句柄
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。
LevelTriggered工作模式
相反的,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
(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。
因为即使使用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会与事件关联的文件句柄从epoll描述符中禁止掉。
因此当EPOLLONESHOT设定后,使用带有EPOLL_CTL_MOD标志的epoll_ctl
(2)处理文件句柄就成为调用者必须作的事情。
然后详细解释ET,LT:
LT(leveltriggered)是缺省的工作方式,并且同时支持block和no-blocksocket.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)是高速工作方式,只支持no-blocksocket。
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,直到你做了某些操作导致那个文件描述符不再为就绪状态了(比如,你在发送,接收或者接收请求,或者发送接收的数据少于一定量时导致了一个EWOULDBLOCK错误)。
但是请注意,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(onlyonce),不过在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如果没有大量的idle-connection或者dead-connection,epoll的效率并不会比select/poll高很多,但是当我们遇到大量的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)
另外,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()返回的大小如果等于请求的大小,那么很有可能是缓冲区还有数据未读完,也意味着该次事件还没有处理完,所以还需要再次读取:
while(rs)
{
buflen=recv(activeevents[i].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,表示当前缓冲区已无数据可读
//在这里就当作是该次事件已处理处.
if(errno==EAGAIN)
break;
else
return;
}
elseif(buflen==0)
{
//这里表示对端的socket已正常关闭.
}
if(buflen==sizeof(buf)
rs=1;//需要再次读取
else
rs=0;
}
还有,假如发送端流量大于接收端的流量(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收端,这样不断的读和发,当缓冲区满后会产生EAGAIN错误(参考mansend),同时,不理会这次请求发送的数据.所以,需要封装socket_send()的函数用来处理这种情况,该函数会尽量将数据写完再返回,返回-1表示出错。
在socket_send()内部,当写缓冲已满(send()返回-1,且errno为EAGAIN),那么会等待后再重试.这种方式并不很完美,在理论上可能会长时间的阻塞在socket_send()内部,但暂没有更好的办法.
ssize_tsocket_send(intsockfd,constchar*buffer,size_tbuflen)
{
ssize_ttmp;
size_ttotal=buflen;
constchar*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socket是非阻塞时,如返回此错误,表示写缓冲队列已满,
//在这里做延时后再重试.
if(errno==EAGAIN)
{
usleep(1000);
continue;
}
return-1;
}
if((size_t)tmp==total)
returnbuflen;
total-=tmp;
p+=tmp;
}
returntmp;
}
代码:
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#defineMAXLINE10
#defineOPEN_MAX100
#defineLISTENQ20
#defineSERV_PORT5555
#defineINFTIM1000
//线程池任务队列结构体
structtask
{
intfd;//需要读写的文件描述符
structtask*next;//下一个任务
};
//用于读写两个的两个方面传递参数
structuser_data
{
intfd;
unsignedintn_size;
charline[MAXLINE];
};
//线程的任务函数
void*readtask(void*args);
void*writetask(void*args);
//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
structepoll_eventev,events[20];
intepfd;
pthread_mutex_tmutex;
pthread_cond_tcond1;
structtask*readhead=NULL,*readtail=NULL,*writehead=NULL;
voidsetnonblocking(intsock)
{
intopts;
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);
}
}
intmain()
{
inti,maxi,listenfd,connfd,sockfd,nfds;
pthread_ttid1,tid2;
structtask*new_task=NULL;
structuser_data*rdata=NULL;
socklen_tclilen;
pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
pthread_cond_init(&cond1,NULL);
//初始化用于读线程池的线程
pthread_create(&tid1,NULL,readtask,NULL);
pthread_create(&tid2,NULL,readtask,NULL);
//生成用于处理accept的epoll专用的文件描述符
epfd=epoll_create(256);
structsockaddr_inclientaddr;
structsockaddr_inserveraddr;
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;
//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="200.200.200.222";
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 { if(events[i].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); std: : cout<<"connec_from>>"< : 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; //注册ev epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,connfd,&ev); }else if(events[i].events&EPOLLIN) { printf("reading! \n"); if((sockfd=events[i].data.fd)<0)continue; new_task=newtask(); new_task->fd=sockfd; new_task->next=NULL; //添加新的读任务 pthread_mutex_lock(&mutex); if(readhead==NULL) { readhead=new_task; readtail=new_task; }else { readtail->next=new_task; readtail=new_task; } //唤醒所有等待cond1条件的线程 pthread_cond_broadcast(&cond1); pthread_mutex_unlock(&mutex); }else if(events[i].events&EPOLLOUT) { rdata=(structuser_data*)events[i].data.ptr; sockfd=rdata->fd; write(sockfd,rdata->line,rdata->n_size); deleterdata; //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); } } } } void*readtask(void*args) { intfd=-1; unsignedintn; //用于把读出来的数据传递出去 structuser_data*data=NULL; while (1) { pthread_mutex_lock(&mutex); //等待到任务队列不为空 while(readhead==NULL) pthread_cond_wait(&cond1,&mutex); fd=readhead->fd; //从任务队列取出一个读任务 structtask*tmp=readhead; readhead=readhead->next; deletetmp; pthread_mutex_unlock(&mutex); data=newuser_data(); data->fd=fd; if((n=read(fd,data->line,MAXLINE))<0) { if(errno==ECONNRESET) { close(fd); }else std: : cout<<"readlineerror"< : endl; if(data! =NULL)deletedata; }else if(n==0) { close(fd); printf("Clientcloseconnect! \n"); if(data! =NULL)deletedata; }else { data->n_size=n; //设置需要传递出去的数据 ev.data.ptr=data; //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,fd,&ev); } } }
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