• UNIX网络编程——epoll 的accept , read, write(重要)


           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:参考<<UNIX网络编程——epoll的 et,lt关注点>>讲解的更加详细

           (1) LT模式下或ET模式下,阻塞的监听socket, accept 存在的问题

           accept每次都是从已经完成三次握手的tcp队列中取出一个连接,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

     

           解决办法是将监听套接字设置为非阻塞模式,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)
    ");    
            exit(1);    
        }    
        opts = (opts | O_NONBLOCK);    
        if(fcntl(sockfd, F_SETFL, opts) < 0) {    
            perror("fcntl(F_SETFL)
    ");    
            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
    ");    
            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
    ");    
            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); //设置连接socket为非阻塞   
                        ev.events = EPOLLIN | EPOLLET; //边沿触发要求套接字为非阻塞模式;水平触发可以是阻塞或非阻塞模式   
                        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
    Content-Length: %d
    
    Hello 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);    
                }    
            }    
        } 
    	close(epfd);
        close(listenfd);    
        return 0;    
    }


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