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分类: LINUX

2013-03-31 17:14:33

原文地址:epoll 补记 作者:zimang

一、
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

二、
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:
while(rs)
{
  buflen = recv(activeevents.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;
}


三、

ET模型的逻辑:内核的读buffer有内核态主动变化时,内核会通知你, 无需再去mod。写事件是给用户使用的,最开始add之后,内核都不会通知你了,你可以强制写数据(直到EAGAIN或者实际字节数小于 需要写的字节数),当然你可以主动mod OUT,此时如果句柄可以写了(send buffer有空间),内核就通知你。
这里内核态主动的意思是:内核从网络接收了数据放入了读buffer(会通知用户IN事件,即用户可以recv数据)
并且这种通知只会通知一次,如果这次处理(recv)没有到刚才说的两种情况(EAGIN或者实际字节数小于 需要读写的字节数),则该事件会被丢弃,直到下次buffer发生变化。
与LT的差别就在这里体现,LT 在这种情况下,事件不会丢弃,而是只要读buffer里面有数据可以让用户读,则不断的通知你。

另外对于ET而言,当然也不一定非send/recv到前面所述的结束条件才结束,用户可以自己随时控制,即用户可以在自己认为合适的时候去设置 IN和OUT事件:
1 如果用户主动epoll_mod OUT事件,此时只要该句柄可以发送数据(发送buffer不满),则epoll
_wait就会响应(有时候采用该机制通知epoll_wai醒过来)。
2 如果用户主动epoll_mod IN事件,只要该句柄还有数据可以读,则epoll_wait会响应。
这种逻辑在普通的服务里面都不需要,可能在某些特殊的情况需要。 但是请注意,如果每次调用的时候都去epoll mod将显著降低效率,已经吃过几次亏了!

因此采用et写服务框架的时候,最简单的处理就是:
建立连接的时候epoll_add IN和OUT事件, 后面就不需要管了
每次read/write的时候,到两种情况下结束:
1 发生EAGAIN
2 read/write的实际字节数小于 需要读写的字节数
对于第二点需要注意两点:
A:如果是UDP服务,处理就不完全是这样,必须要recv到发生EAGAIN为止,否则就丢失事件了
因为UDP和TCP不同,是有边界的,每次接收一定是一个完整的UDP包,当然recv的buffer需要至少大于一个UDP包的大小
随便再说一下,一个UDP包到底应该多大?
对于internet,由于MTU的限制,UDP包的大小不要超过576个字节,否则容易被分包,对于公司的IDC环境,建议不要超过1472,否则也比 较容易分包。

B 如果发送方发送完数据以后,就close连接,这个时候如果recv到数据是实际字节数小于读写字节数,根据开始所述就认为到EAGIN了从而直接返回, 等待下一次事件,这样是有问题的,close事件丢失了!
因此如果依赖这种关闭逻辑的服务,必须接收数据到EAGIN为止,例如lb。


四、

epoll的使用方法
    首先通过create_epoll(int maxfds)来创建一个epoll的句柄,其中maxfds为你epoll所支持的最大句柄数。这个函数会返回一个新的epoll句柄,之后的所有操作 将通过这个句柄来进行操作。在用完之后,记得用close()来关闭这个创建出来的epoll句柄。 之后在你的网络主循环里面,每一帧的调用epoll_wait(int epfd, epoll_event events, int max events, int timeout)来查询所有的网络接口,看哪一个可以读,哪一个可以写了。基本的语法为:
nfds = epoll_wait(kdpfd, events, maxevents, -1);
其中kdpfd为用epoll_create创建之后的句柄,events是一个epoll_event*的指针,当epoll_wait这个函数操作成 功之后,epoll_events里面将储存所有的读写事件。max_events是当前需要监听的所有socket句柄数。最后一个timeout是 epoll_wait的超时,为0的时候表示马上返回,为-1的时候表示一直等下去,直到有事件范围,为任意正整数的时候表示等这么长的时间,如果一直没 有事件,则范围。一般如果网络主循环是单独的线程的话,可以用-1来等,这样可以保证一些效率,如果是和主逻辑在同一个线程的话,则可以用0来保证主循环 的效率。

epoll_wait范围之后应该是一个循环,遍利所有的事件:
for(n = 0; n < nfds; ++n) {
                if(events[n].data.fd == listener) { //如果是主socket的事件的话,则表示有新连接进入了,进行新连接的处理。
                    client = accept(listener, (struct sockaddr *) &local,
                                    &addrlen);
                    if(client < 0){
                        perror("accept");
                        continue;
                    }
                    setnonblocking(client); // 将新连接置于非阻塞模式
                    ev.events = EPOLLIN | EPOLLET; // 并且将新连接也加入EPOLL的监听队列。
注意,这里的参数EPOLLIN | EPOLLET并没有设置对写socket的监听,如果有写操作的话,这个时候epoll是不会返回事件的,如果要对写操作也监听的话,应该是 EPOLLIN | EPOLLOUT | EPOLLET
                    ev.data.fd = client;
                    if (epoll_ctl(kdpfd, EPOLL_CTL_ADD, client, &ev) < 0) {
// 设置好event之后,将这个新的event通过epoll_ctl加入到epoll的监听队列里面,这里用EPOLL_CTL_ADD来加一个新的 epoll事件,通过EPOLL_CTL_DEL来减少一个epoll事件,通过EPOLL_CTL_MOD来改变一个事件的监听方式。
                        fprintf(stderr, "epoll set insertion error: fd=%d0,
                                client);
                        return -1;
                    }
                }
                else // 如果不是主socket的事件的话,则代表是一个用户socket的事件,则来处理这个用户socket的事情,比如说read(fd,xxx)之类的, 或者一些其他的处理。
                    do_use_fd(events[n].data.fd);
}

对,epoll的操作就这么简单,总共不过4个API:epoll_create, epoll_ctl, epoll_wait和close。
如果您对epoll的效率还不太了解,请参考我之前关于网络游戏的网络编程等相关的文章。


以前公司的服务器都是使用HTTP连接,但是这样的话,在手机目前的网络情况下不但显得速度较慢,而且不稳定。因此大家一致同意用SOCKET来进行连 接。虽然使用SOCKET之后,对于用户的费用可能会增加(由于是用了CMNET而非CMWAP),但是,秉着用户体验至上的原则,相信大家还是能够接受 的(希望那些玩家月末收到帐单不后能够保持克制...)。
这次的服务器设计中,最重要的一个突破,是使用了EPOLL模型,虽然对之也是一知半解,但是既然在各大PC网游中已经经过了如此严酷的考验,相信他不会 让我们失望,使用后的结果,确实也是表现相当不错。在这里,我还是主要大致介绍一下这个模型的结构。

注意:

对于listen socket fd该如何处理,有的时候会使用两个线程,一个用来监听accept另一个用来监听epoll_wait,如果是这样使用的话,则listen socket fd使用默认的阻塞方式就行了,而如果epoll_wait和accept处于一个线程中,即,全部由epoll_wait进行监听,则,需将 listen socket fd也设置成非阻塞的,这样,对accept也应该使用while包起来(类似于上面的recv),因为,epoll_wait返回时只是说有连接到来 了,并没有说有几个连接,而且在ET模式下epoll_wait不会再因为上一次的连接还没读完而返回,这种情况确实存在,我因为这个问题而耗费了一天多 的时间,这里需要说明的是,每调用一次accept将从内核中的已连接队列中的队头读取一个连接,因为在并发访问的环境下,有可能有多个连接“同时”到 达,而epoll_wait只返回了一次。


五、Linux下EPOll编程实例
EPOLL模型似乎只有一种格式,所以大家只要参考我下面的代码,就能够对EPOLL有所了解了,代码的解释都已经在注释中:


while (TRUE)
{
int nfds = epoll_wait (m_epoll_fd, m_events, MAX_EVENTS, EPOLL_TIME_OUT);//等待EPOLL时间的发生,相当于监听,至于相关的端口,需要在初始化EPOLL的时候绑定。

if (nfds <= 0)
continue;
m_bOnTimeChecking = FALSE;
G_CurTime = time(NULL);
for (int i=0; i
{
try
{
if (m_events[i].data.fd == m_listen_http_fd)//如果新监测到一个HTTP用户连接到绑定的HTTP端口,建立新的连接。由于我们新采用了SOCKET连接,所以基本没用。

{
OnAcceptHttpEpoll ();
}
else if (m_events[i].data.fd == m_listen_sock_fd)//如果新监测到一个SOCKET用户连接到了绑定的SOCKET端口,建立新的连接。

{
OnAcceptSockEpoll ();
}
else if (m_events[i].events & EPOLLIN)//如果是已经连接的用户,并且收到数据,那么进行读入。

{
OnReadEpoll (i);
}

OnWriteEpoll (i);//查看当前的活动连接是否有需要写出的数据。

}
catch (int)
{
PRINTF ("CATCH捕获错误\n");
continue;
}
}
m_bOnTimeChecking = TRUE;
OnTimer ();//进行一些定时的操作,主要就是删除一些短线用户等。

}


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