epoll简介及触发模式（accept、read、send）
简介：
1、epoll的简单介绍
2、epoll在LT和ET模式下的读写方式
一、epoll的接口非常简单，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. 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，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 ：表示对应的文件描述符可以读（包括对端SOCKET正常关闭）；
EPOLLIN事件：
EPOLLIN事件则只有当对端有数据写入时才会触发，所以触发一次后需要不断读取所有数据直到读完EAGAIN为止。否则剩下的数据只有在下次对端有写入时才能一起取出来了。
现在明白为什么说epoll必须要求异步socket了吧？如果同步socket，而且要求读完所有数据，那么最终就会在堵死在阻塞里。
EPOLLOUT：表示对应的文件描述符可以写；
EPOLLOUT事件：
EPOLLOUT事件只有在连接时触发一次，表示可写，其他时候想要触发，那要先准备好下面条件：
1.某次write，写满了发送缓冲区，返回错误码为EAGAIN。
2.对端读取了一些数据，又重新可写了，此时会触发EPOLLOUT。
简单地说：EPOLLOUT事件只有在不可写到可写的转变时刻，才会触发一次，所以叫边缘触发，这叫法没错的！
其实，如果真的想强制触发一次，也是有办法的，直接调用epoll_ctl重新设置一下event就可以了，event跟原来的设置一模一样都行（但必须包含EPOLLOUT），关键是重新设置，就会马上触发一次EPOLLOUT事件。
1. 缓冲区由满变空.
2.同时注册EPOLLIN | EPOLLOUT事件，也会触发一次EPOLLOUT事件
这个两个也会触发EPOLLOUT事件
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(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，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. 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。
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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)......
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(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。
Level Triggered 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(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-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，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(only once),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：
这里只是说明思路（参考《UNIX网络编程》）
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; }
else if(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man send),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_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) return buflen; total -= tmp; p += tmp;
}
return tmp;
}
二、epoll在LT和ET模式下的读写方式
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, 可能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。如下两个示意图:
从socket读数据:
往socket写数据
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 epoll，
而其他实现把 errno 设置为 ECONNABORTED(A connection has been aborted.) 或者 EPROTO(Protocol error.) 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Linux epoll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; }
