面试题：C语言epoll多路复用机制优化

Question

在Linux环境下使用C语言的epoll多路复用机制时，epoll有两种工作模式（LT和ET），请详细阐述这两种模式的区别。假设你在开发一个高并发的网络服务器，在什么场景下你会选择ET模式而不是LT模式，并且说明如何优化代码以避免ET模式下可能出现的“惊群”问题和数据丢失问题。

Answer 1

LT（水平触发）和ET（边缘触发）模式的区别

1. 触发条件：
   • LT模式：当文件描述符（fd）上有数据可读（对于读事件）或者可写（对于写事件）时，epoll_wait会不断触发该事件，直到数据被处理完或者缓冲区满等情况。即只要条件满足，就会一直触发。
   • ET模式：只有当fd状态发生变化时（从不可读变为可读，或者从不可写变为可写），epoll_wait才会触发事件。后续除非状态再次发生变化，否则不会重复触发。
2. 数据读取：
   • LT模式：应用程序可以按任意顺序和数量读取数据，即使一次没有读完，下次epoll_wait仍会触发读事件。
   • ET模式：要求应用程序尽可能一次性读完数据，因为后续epoll_wait可能不会再次触发读事件，直到有新的数据到来。
3. 缓冲区处理：
   • LT模式：缓冲区有数据就触发，相对更“宽容”，对应用程序代码要求较低。
   • ET模式：缓冲区状态变化才触发，更高效，但对应用程序代码要求较高，需要正确处理数据读取和缓冲区状态。

选择ET模式的场景

在高并发网络服务器场景下，当网络流量较大且对性能要求极高，希望减少不必要的系统调用开销时，选择ET模式。例如，在处理大量短连接请求的HTTP服务器或者处理海量实时数据传输的物联网服务器等场景中，ET模式可以通过减少事件触发次数，提高服务器处理效率。

避免“惊群”问题

1. 使用epoll的EPOLLEXCLUSIVE标志：从Linux 4.5内核开始，epoll支持EPOLLEXCLUSIVE标志。当一个fd添加到epoll实例时设置该标志，在事件触发时，只有一个等待在该epoll实例上的进程会被唤醒，避免多个进程同时被唤醒竞争资源，从而解决“惊群”问题。

   struct epoll_event ev;
   ev.events = EPOLLIN | EPOLLET | EPOLLEXCLUSIVE;
   ev.data.fd = sockfd;
   epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, sockfd, &ev);
   

2. 使用锁机制：在应用层代码中，可以使用互斥锁（如pthread_mutex_t）来保护共享资源。当一个进程获取到锁后处理事件，其他进程等待锁释放，避免多个进程同时处理同一事件导致的竞争问题。

避免数据丢失问题

1. 循环读取数据：在ET模式下，需要确保在事件触发后尽可能一次性读完数据。可以使用循环读取，直到read返回-1且errno为EAGAIN或EWOULDBLOCK，表示数据已读完或者缓冲区暂时无数据可读。

   char buffer[BUFFER_SIZE];
   ssize_t nread;
   while ((nread = read(sockfd, buffer, sizeof(buffer))) > 0) {
       // 处理读取到的数据
   }
   if (nread == -1 && (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK)) {
       // 数据读完，继续处理其他事务
   }
   

2. 使用非阻塞I/O：将文件描述符设置为非阻塞模式，这样在读取或写入数据时，如果缓冲区没有数据或者已满，系统调用会立即返回，而不是阻塞等待。结合ET模式，可以更好地控制数据读取和写入过程，避免数据丢失。

   int flags = fcntl(sockfd, F_GETFL, 0);
   fcntl(sockfd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);