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【Linux网络编程】epoll进阶之水平模式和边沿模式
------------->【Linux系统编程/网络编程】(学习目录汇总) <--------------
1.epoll的事件模型
EPOLL事件有两种模型：
Edge Triggered (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。ET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。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)。Level Triggered (LT) 水平触发：只要缓存区有数据都会触发。LT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。1.1 ET(边沿模式)的设置
边沿模式不是默认的
epoll模式，需要额外进行设置。epoll设置边沿模式是非常简单的，epoll管理的红黑树示例中每个节点都是struct epoll_event类型，只需要将EPOLLET添加到结构体的events成员中即可：struct epoll_event ev; ev.events = EPOLLIN | EPOLLET; // 设置边沿模式- 1
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1.2 基于管道epoll ET触发模式
/************************************************************************* # > File Name:server.c # > Author: Jay # > Mail: billysturate@gmail.com # > Created Time: Sun 23 Oct 2022 11:19:43 AM CST ************************************************************************/ #include#include #include #include #include #define MAXLINE 10 int main(int argc, char *argv[]) { int efd, i; int pfd[2]; pid_t pid; char buf[MAXLINE], ch = 'a'; pipe(pfd); pid = fork(); if (pid == 0) { close(pfd[0]); while (1) { for (i = 0; i < MAXLINE/2; i++) buf[i] = ch; buf[i-1] = '\n'; ch++; for (; i < MAXLINE; i++) buf[i] = ch; buf[i-1] = '\n'; ch++; write(pfd[1], buf, sizeof(buf)); sleep(2); } close(pfd[1]); } else if (pid > 0) { struct epoll_event event; struct epoll_event resevent[10]; int res, len; close(pfd[1]); efd = epoll_create(10); /* event.events = EPOLLIN; */ event.events = EPOLLIN | EPOLLET; /* ET 边沿触发 ，默认是水平触发 */ event.data.fd = pfd[0]; epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_ADD, pfd[0], &event); while (1) { res = epoll_wait(efd, resevent, 10, -1); printf("res %d\n", res); if (resevent[0].data.fd == pfd[0]) { len = read(pfd[0], buf, MAXLINE/2); write(STDOUT_FILENO, buf, len); } } close(pfd[0]); close(efd); } else { perror("fork"); exit(-1); } return 0; } - 1
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1.3 基于网络C/S模型的epoll ET触发模式
server端:
/************************************************************************* # > File Name:epoll_et.c # > Author: Jay # > Mail: billysturate@gmail.com # > Created Time: Sun 23 Oct 2022 11:21:24 AM CST ************************************************************************/ /* server.c */ #include#include #include #include #include #include #include #include #include #define MAXLINE 10 #define SERV_PORT 8080 int main(void) { struct sockaddr_in servaddr, cliaddr; socklen_t cliaddr_len; int listenfd, connfd; char buf[MAXLINE]; char str[INET_ADDRSTRLEN]; int i, efd; listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); bzero(&servaddr, sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family = AF_INET; servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT); bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)); listen(listenfd, 20); struct epoll_event event; struct epoll_event resevent[10]; int res, len; efd = epoll_create(10); // event.events = EPOLLIN | EPOLLET; /* ET 边沿触发 ，默认是水平触发 */ event.events = EPOLLIN; printf("Accepting connections ...\n"); cliaddr_len = sizeof(cliaddr); connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &cliaddr_len); printf("received from %s at PORT %d\n", inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr, str, sizeof(str)), ntohs(cliaddr.sin_port)); event.data.fd = connfd; epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_ADD, connfd, &event); while (1) { res = epoll_wait(efd, resevent, 10, -1); printf("res %d\n", res); if (resevent[0].data.fd == connfd) { len = read(connfd, buf, MAXLINE/2); write(STDOUT_FILENO, buf, len); } } return 0; } - 1
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/************************************************************************* # > File Name:client.c # > Author: Jay # > Mail: billysturate@gmail.com # > Created Time: Sun 23 Oct 2022 11:22:14 AM CST ************************************************************************/ /* client.c */ #include#include #include #include #include #include "wrap.h" #define MAXLINE 10 #define SERV_PORT 8080 int main(int argc, char *argv[]) { struct sockaddr_in servaddr; char buf[MAXLINE]; int sockfd, i; char ch = 'a'; sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); bzero(&servaddr, sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family = AF_INET; inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &servaddr.sin_addr); servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT); connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)); while (1) { for (i = 0; i < MAXLINE/2; i++) buf[i] = ch; buf[i-1] = '\n'; ch++; for (; i < MAXLINE; i++) buf[i] = ch; buf[i-1] = '\n'; ch++; write(sockfd, buf, sizeof(buf)); sleep(10); } Close(sockfd); return 0; } - 1
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server边沿触发，编译运行，如下所示
运行后，每过5秒钟服务器才输出一组字符，这是就是边沿触发的效果。
更改服务器为水平触发模式，运行程序，如下：
运行后，每5秒输出两组字符串，这是因为只写入了两组，这个模式的服务器，缓冲区有多少读多少。
1.4 基于网络C/S非阻塞模型的epoll ET触发模式
1.4.1 设置非阻塞
在使用
epoll ET触发模式进行读事件的检测时，有新数据达到只会通知一次，那么必须要保证得到通知后将数据全部从读缓冲区中读出。那么，应该如何读这些数据呢？我们可以循环读取数据，如下所示:
int len = 0; while((len = recv(curfd, buf, sizeof(buf), 0)) > 0) { // 数据处理... }- 1
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但这样做还有一个问题，因为套接字操作默认是阻塞的，当读缓冲区数据被读完之后，读操作就阻塞了也就是调用的 read()/recv() 函数被阻塞了，如果是单线程/进程程序的话，程序就不能往下执行了。
要解决阻塞问题，就需要将套接字默认的阻塞行为修改为非阻塞，需要使用
fcntl()函数进行处理：// 设置完成之后, 读写都变成了非阻塞模式 int flag = fcntl(cfd, F_GETFL); flag |= O_NONBLOCK; fcntl(cfd, F_SETFL, flag);- 1
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通过上述分析就可以得出一个结论：epoll 在边沿模式下，必须要将套接字设置为非阻塞模式，但是，这样就会引发另外的一个 bug，在非阻塞模式下，循环地将读缓冲区数据读到本地内存中，当缓冲区数据被读完了，调用的 read()/recv() 函数还会继续从缓冲区中读数据，此时函数调用就失败了，返回 - 1，对应的全局变量 errno 值为 EAGAIN 或者 EWOULDBLOCK 如果打印错误信息会得到如下的信息：Resource temporarily unavailable
演示代码:
server端：
/************************************************************************* # > File Name:epoll_et_npblock.c # > Author: Jay # > Mail: billysturate@gmail.com # > Created Time: Sun 23 Oct 2022 03:10:42 PM CST ************************************************************************/ /* server.c */ #include#include #include #include #include #include #include #include #include #define MAXLINE 10 #define SERV_PORT 8080 int main(void) { struct sockaddr_in servaddr, cliaddr; socklen_t cliaddr_len; int listenfd, connfd; char buf[MAXLINE]; char str[INET_ADDRSTRLEN]; int i, efd, flag; listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); bzero(&servaddr, sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family = AF_INET; servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT); bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)); listen(listenfd, 20); struct epoll_event event; struct epoll_event resevent[10]; int res, len; efd = epoll_create(10); /* event.events = EPOLLIN; */ event.events = EPOLLIN | EPOLLET; /* ET 边沿触发 ，默认是水平触发 */ printf("Accepting connections ...\n"); cliaddr_len = sizeof(cliaddr); connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &cliaddr_len); printf("received from %s at PORT %d\n", inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr, str, sizeof(str)), ntohs(cliaddr.sin_port)); flag = fcntl(connfd, F_GETFL); flag |= O_NONBLOCK; fcntl(connfd, F_SETFL, flag); event.data.fd = connfd; epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_ADD, connfd, &event); while (1) { printf("epoll_wait begin\n"); res = epoll_wait(efd, resevent, 10, -1); printf("epoll_wait end res %d\n", res); if (resevent[0].data.fd == connfd) { while ((len = read(connfd, buf, MAXLINE/2)) > 0) write(STDOUT_FILENO, buf, len); } } return 0; } - 1
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client端：
/************************************************************************* # > File Name:client_noblock.c # > Author: Jay # > Mail: billysturate@gmail.com # > Created Time: Sun 23 Oct 2022 03:13:29 PM CST ************************************************************************/ /* client.c */ #include#include #include #include #include #include "wrap.h" #define MAXLINE 10 #define SERV_PORT 8080 int main(int argc, char *argv[]) { struct sockaddr_in servaddr; char buf[MAXLINE]; int sockfd, i; char ch = 'a'; sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); bzero(&servaddr, sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family = AF_INET; inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &servaddr.sin_addr); servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT); connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)); while (1) { for (i = 0; i < MAXLINE/2; i++) buf[i] = ch; buf[i-1] = '\n'; ch++; for (; i < MAXLINE; i++) buf[i] = ch; buf[i-1] = '\n'; ch++; write(sockfd, buf, sizeof(buf)); sleep(10); } Close(sockfd); return 0; } - 1
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1.5 基于多线程的边沿非阻塞处理
直接上代码吧:
server端：
/************************************************************************* # > File Name:server.c # > Author: Jay # > Mail: billysturate@gmail.com # > Created Time: Tue 08 Nov 2022 02:07:34 PM CST ************************************************************************/ #include#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include typedef struct socketinfo { int fd; //要操作的文件描述符 int epfd; //红黑树实例 } SocketInfo; void *acceptConn(void *arg) { printf("acception tid: %ld\n", pthread_self()); SocketInfo *info = (SocketInfo *)arg; // 建立新的连接 int cfd = accept(info->fd, NULL, NULL); // 将文件描述符设置为非阻塞 // 得到文件描述符的属性 int flag = fcntl(cfd, F_GETFL); flag |= O_NONBLOCK; fcntl(cfd, F_SETFL, flag); // 新得到的文件描述符添加到epoll模型中, 下一轮循环的时候就可以被检测了 // 通信的文件描述符检测读缓冲区数据的时候设置为边沿模式 struct epoll_event ev; ev.events = EPOLLIN | EPOLLET; // 读缓冲区是否有数据 ev.data.fd = cfd; int ret = epoll_ctl(info->epfd, EPOLL_CTL_ADD, cfd, &ev); if (ret == -1) { perror("epoll_ctl-accept"); exit(0); } free(info); return NULL; } void *communication(void *arg) { printf("acception tid: %ld\n", pthread_self()); SocketInfo *info = (SocketInfo *)arg; int curfd = info->fd; int epfd = info->epfd; // 处理通信的文件描述符 // 接收数据 char buf[5]; char temp[1024]; memset(buf, 0, sizeof(buf)); bzero(temp, sizeof(temp)); // 循环读数据 while (1) { int len = recv(curfd, buf, sizeof(buf), 0); if (len == 0) { // 非阻塞模式下和阻塞模式是一样的 => 判断对方是否断开连接 printf("客户端断开了连接...\n"); // 将这个文件描述符从epoll模型中删除 epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, curfd, NULL); close(curfd); break; } else if (len > 0) { // 通信 // 接收的数据打印到终端 for (int i = 0; i < len; i++) { buf[i] = toupper(buf[i]); } strncat(temp + strlen(temp), buf, len); write(STDOUT_FILENO, buf, len); // 发送数据 // send(curfd, buf, len, 0); } else { // len == -1 if (errno == EAGAIN) { printf("数据读完了...\n"); //发送数据 send(curfd, temp, strlen(temp) + 1, 0); break; } else { perror("recv error"); break; // exit(0); //不能exit因为会结束整个程序 } } } free(info); return NULL; } // server int main(int argc, const char *argv[]) { // 创建监听的套接字 int lfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (lfd == -1) { perror("socket error"); exit(1); } // 绑定 struct sockaddr_in serv_addr; memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr)); serv_addr.sin_family = AF_INET; serv_addr.sin_port = htons(9527); serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // 本地多有的ＩＰ // 127.0.0.1 // inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr.s_addr); // 设置端口复用 int opt = 1; setsockopt(lfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt)); // 绑定端口 int ret = bind(lfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)); if (ret == -1) { perror("bind error"); exit(1); } // 监听 ret = listen(lfd, 64); if (ret == -1) { perror("listen error"); exit(1); } printf("已完成初始化\n"); // 现在只有监听的文件描述符 // 所有的文件描述符对应读写缓冲区状态都是委托内核进行检测的epoll // 创建一个epoll模型 int epfd = epoll_create(100); if (epfd == -1) { perror("epoll_create"); exit(0); } // 往epoll实例中添加需要检测的节点, 现在只有监听的文件描述符 struct epoll_event ev; ev.events = EPOLLIN; // 检测lfd读读缓冲区是否有数据 ev.data.fd = lfd; ret = epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, lfd, &ev); if (ret == -1) { perror("epoll_ctl"); exit(0); } struct epoll_event evs[1024]; int size = sizeof(evs) / sizeof(struct epoll_event); // 持续检测 while (1) { // 调用一次, 检测一次 int num = epoll_wait(epfd, evs, size, -1); printf("==== num: %d\n", num); pthread_t tid; for (int i = 0; i < num; ++i) { // 取出当前的文件描述符 int curfd = evs[i].data.fd; SocketInfo *info = (SocketInfo *)malloc(sizeof(SocketInfo)); info->fd = curfd; info->epfd = epfd; // 判断这个文件描述符是不是用于监听的 if (curfd == lfd) { pthread_create(&tid, NULL, acceptConn, (void *)info); pthread_detach(tid); } else { pthread_create(&tid, NULL, communication, (void *)info); pthread_detach(tid); } } } return 0; } - 1
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/************************************************************************* # > File Name:client.c # > Author: Jay # > Mail: billysturate@gmail.com # > Created Time: Tue 08 Nov 2022 03:10:51 PM CST ************************************************************************/ #include#include #include #include #include #include #define MAXLINE 80 #define SERV_PORT 9527 int main(int argc, char *argv[]) { struct sockaddr_in servaddr; char buf[MAXLINE]; int sockfd, n; sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if(sockfd < 0) { perror("create failed"); exit(1); } bzero(&servaddr, sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family = AF_INET; inet_pton(AF_INET, "124.221.165.184", &servaddr.sin_addr); servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT); int i = connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)); if (i < 0) { perror("connect failed"); exit(1); } int num = 0; printf("服务器连接成功\n"); while (1) { sprintf(buf, "hello, world, %d\n...", num++); printf("%s\n", buf); write(sockfd, buf, strlen(buf) + 1); recv(sockfd, buf, sizeof(buf), 0); printf("recv msg:%s\n", buf); usleep(10000); } recv(sockfd, buf, sizeof(buf), 0); printf("recv msg:%s\n", buf); printf("over-----------\n"); close(sockfd); return 0; } - 1
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编译运行，结果如下:
服务器端：
线程1：
线程2：
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