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面试题:C语言异步多路复用中处理边缘触发和水平触发的关键要点

在C语言异步多路复用模型(如epoll)中,边缘触发(ET)和水平触发(LT)是两种重要的事件通知模式。请深入分析它们的工作原理,说明在ET模式下,为确保数据不丢失,编程时需要特别注意哪些关键要点?并给出在一个基于epoll的服务器程序中,正确处理ET模式下套接字事件的示例代码(需包含完整的错误处理)。
19.1万 热度难度
编程语言C

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面试题答案

一键面试

工作原理分析

  1. 水平触发(LT):只要文件描述符对应的缓冲区还有未读数据或者还有可写入空间,epoll_wait就会不断通知应用程序。应用程序可以不一次把数据读完或写完,下次epoll_wait仍会通知。
  2. 边缘触发(ET):只有在文件描述符状态发生变化时(如从无数据到有数据,从不可写到可写),epoll_wait才会通知应用程序。一旦通知,应用程序必须尽可能多地读写数据,直到达到EWOULDBLOCK错误,否则可能会丢失后续数据。

ET模式下关键要点

  1. 非阻塞I/O:必须将文件描述符设置为非阻塞模式,因为ET模式下只通知一次,若使用阻塞I/O,可能在处理当前事件时阻塞,错过后续事件通知。
  2. 数据读取:在收到事件通知后,要循环读取数据,直到read返回 -1且errno为EWOULDBLOCK,确保将缓冲区数据读完。
  3. 数据写入:同样,在处理写事件时,要循环写入数据,直到write返回 -1且errno为EWOULDBLOCK,确保将数据全部写入。

示例代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <fcntl.h>

#define MAX_EVENTS 10
#define BUF_SIZE 1024

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(int argc, char *argv[]) {
    int listen_sock, conn_sock;
    struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;
    socklen_t clilen = sizeof(cliaddr);
    struct epoll_event ev, events[MAX_EVENTS];
    int epollfd;
    char buf[BUF_SIZE];

    listen_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (listen_sock < 0) {
        perror("socket");
        exit(1);
    }

    bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
    bzero(&cliaddr, sizeof(cliaddr));

    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    servaddr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));

    if (bind(listen_sock, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0) {
        perror("bind");
        close(listen_sock);
        exit(1);
    }

    if (listen(listen_sock, 5) < 0) {
        perror("listen");
        close(listen_sock);
        exit(1);
    }

    epollfd = epoll_create1(0);
    if (epollfd == -1) {
        perror("epoll_create1");
        close(listen_sock);
        exit(1);
    }

    ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;
    ev.data.fd = listen_sock;
    if (epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, listen_sock, &ev) == -1) {
        perror("epoll_ctl: listen_sock");
        close(listen_sock);
        close(epollfd);
        exit(1);
    }

    for (;;) {
        int nfds = epoll_wait(epollfd, events, MAX_EVENTS, -1);
        if (nfds == -1) {
            perror("epoll_wait");
            break;
        }

        for (int n = 0; n < nfds; ++n) {
            if (events[n].data.fd == listen_sock) {
                conn_sock = accept(listen_sock, (struct sockaddr *)&cliaddr, &clilen);
                if (conn_sock == -1) {
                    perror("accept");
                    continue;
                }
                setnonblocking(conn_sock);
                ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;
                ev.data.fd = conn_sock;
                if (epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, conn_sock, &ev) == -1) {
                    perror("epoll_ctl: conn_sock");
                    close(conn_sock);
                }
            } else {
                conn_sock = events[n].data.fd;
                int ret;
                while ((ret = read(conn_sock, buf, sizeof(buf))) > 0) {
                    write(STDOUT_FILENO, buf, ret);
                }
                if (ret == -1 && errno != EWOULDBLOCK) {
                    perror("read");
                    close(conn_sock);
                    if (epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_DEL, conn_sock, NULL) == -1) {
                        perror("epoll_ctl: del conn_sock");
                    }
                }
            }
        }
    }

    close(listen_sock);
    close(epollfd);
    return 0;
}