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EPOLLONESHOT事件

即使我们使用ET模式,一个socket上的某个事件还是可能被触发很多次。这在并发程序中就会引起一个问题。比如一个线程或进程在读取完某个socket上的数据后开始处理这些数据,而在数据的处理过程中该socket上又有新数据可读(EPOLLIN再次被触发),此时另外一个工作线程被唤醒来读取这些新的数据。于是就出现了两个线程同时操作一个我创可贴的局面。这并不是我们期望的。我们期望一个socket连接在任意时刻都之辈一个线程处理。这一点可以使用epoll中的EPOLLONESHOT事件实现。

对于注册了EPOLLONESHOT事件的文件描述符,操作系统最大出发其上注册的一个事件,且只触发一次,除非我们使用epoll_ctl函数重置还文件描述符上注册的EPOLLONESHOT事件。所以当EPOLLONESHOT时间的socket被某个线程处理完毕,该线程就应该立即重启这个socket上的EPOLLONESHOT事件,以确保这个socket下一次可读时,其EPOLLIN事件能被触发。

#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <assert.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <pthread.h>
#include <libgen.h>

#define MAX_EVENT_NUMBER    1024
#define BUFFER_SIZE         1024
#define BACKLOG             5

struct fds {
    int epollfd;
    int sockfd;
};

int setnonblocking (int fd) {
    int old_option = fcntl(fd, F_GETFL);
    int new_option = old_option | O_NONBLOCK;
    fcntl(fd, F_SETFL, new_option);
    return old_option;
}

// 将fd上的EPOLLIN和EPOLLET事件注册到epollfd指示的epoll内核事件表中,参数oneshot指定是否注册fd上的EPOLLONESHOT事件
void addfd (int epollfd, int fd, bool oneshot) {
    epoll_event event;
    event.data.fd = fd;
    event.events = EPOLLIN | EPOLLET;
    if (oneshot) {
        event.events |= EPOLLONESHOT;
    }
    epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &event);
    setnonblocking(fd);
}

// 重置fd上的事件。这样操作后,尽管fd上的EPOLLONESHOT事件被注册,但是操作系统仍然会触发fd上的EPOLLIN时间,且只触发一次
void reset_oneshot (int epollfd, int fd) {
    epoll_event event;
    event.data.fd = fd;
    event.events = EPOLLIN | EPOLLET | EPOLLONESHOT;
    epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_MOD, fd, &event);
}

// 工作线程
void* worker (void* arg) {
    int sockfd = ((fds*)arg)->sockfd;
    int epollfd = ((fds*)arg)->epollfd;
    printf("start new thread to receive data on fd: %d\n", sockfd);
    char buf[BUFFER_SIZE];
    memset(buf, '\0', BUFFER_SIZE);
    // 循环读取sockfd上的数据,直到遇到EAGAIN错误
    while (1) {
        int ret = recv(sockfd, buf, BUFFER_SIZE - 1, 0);
        if (ret == 0) {
            close(sockfd);
            printf("foreiner closed the connection\n");
            break;
        }
        else if (ret < 0) {
            if (errno == EAGAIN) {
                reset_oneshot(epollfd, sockfd);
                printf("read later\n");
                break;
            }
        }
        else {
            printf("get content: %s\n", buf);
            // 休眠5秒,模拟数据处理过程
            sleep(1);
        }
    }
    printf("end thread receiving data on fd: %d\n", sockfd);
}

int main(int argc, char* argv[]) {
    if (argc <= 2) {
        printf("usage: %s ip_address port_number\n", basename(argv[0]));
        return 1;
    }
    const char* ip = argv[1];
    int port = atoi(argv[2]);

    struct sockaddr_in address;
    bzero(&address, sizeof(address));
    address.sin_family = AF_INET;
    inet_pton(AF_INET, ip, &address.sin_addr);
    address.sin_port = htons(port);

    int listenfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    assert(listenfd >= 0);

    int ret = bind(listenfd, (struct sockaddr*)&address, sizeof(address));
    assert(ret != -1);

    ret = listen(listenfd, BACKLOG);
    assert(ret != -1);

    epoll_event events[MAX_EVENT_NUMBER];
    int epollfd = epoll_create(1);
    assert(epollfd != -1);

    // 注意,监听socket listenfd上是不能注册EPOLLONESHOT事件的,否则应用程序只能处理一个客户连接!因为后序的客户连接请求将不再触发listenfd上的EPOLLIN事件
    addfd(epollfd, listenfd, false);

    while (1) {
        int ret = epoll_wait(epollfd, events, MAX_EVENT_NUMBER, -1);
        if (ret < 0) {
            printf("epoll failure\n");
            break;
        }
        for (int i = 0; i < ret; i++) {
            int sockfd = events[i].data.fd;
            if (sockfd == listenfd) {
                struct sockaddr_in client_address;
                socklen_t client_addresslen = sizeof(client_address);
                int connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&client_address, &client_addresslen);
                // 对每个非监听文件描述符都注册EPOLLONESHOT事件
                addfd(epollfd, connfd, true);
            }
            else if (events[i].events & EPOLLIN) {
                pthread_t thread;
                fds fds_for_new_worder;
                fds_for_new_worder.epollfd = epollfd;
                fds_for_new_worder.sockfd = sockfd;
                // 新启动一个工作线程为sockfd服务
                pthread_create(&thread, NULL, worker, (void*)&fds_for_new_worder);
            }
            else {
                printf("something else happened\n");
            }
        }
    }
    close(listenfd);
    return 0;
}

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