Question

在多个线程中共享相同的Epoll fd（不是socket fd）是否安全？如果是这样，每个线程都必须将自己的事件数组传递给epoll_wait(2)，还是可以共享它？

例如

    void *thread_func(void *thread_args) {
      // extract socket_fd, epoll_fd, &event, &events_array from 
      //     thread_args
      // epoll_wait() using epoll_fd and events_array received from main
      // now all threads would be using same epoll_fd and events array 
    }

    void main( void ) {
      // create and bind to socket
      // create events_fd
      // allocate memory for events array
      // subscribe to events EPOLLIN and EPOLLET
      // pack the socket_fd, epoll_fd, &events, &events_array into 
      //   thread_args struct.

      // create multiple threads and pass thread_func and 
      //   same thread_args to all threads
    }

或者这样做更好：

    void *thread_func(void *socket_fd) {
      // create events_fd
      // allocate memory for events array
      // subscribe to events EPOLLIN and EPOLLET
      // epoll_wait using own epoll_fd and events_array
      // now all threads would have a separate epoll_fd with 
      //   events populated on its own array
   }

   void main(void) {
     // create and bind to socket

     //create multiple threads and pass thread_func and socket_fd to 
     //  all threads
   }

在C中有一个很好的例子吗？我看到的示例在main()中运行事件循环，并在检测到事件时生成一个新线程来处理请求。我想要做的是在程序开始时创建一个特定数量的线程，让每个线程运行事件循环并处理请求。

Answer 1

在几个中共享相同的Epoll fd（不是socket fd）是否安全线程。

是的，它是安全的 - epoll(7)接口是线程安全的 - 但是在这样做时你应该小心，你应该至少使用EPOLLET（边缘触发模式，而不是默认级别触发）以避免其他线程中的虚假唤醒。这是因为当新事件可用于处理时，级别触发模式将唤醒每个线程。由于只有一个线程处理它，这将不必要地唤醒大多数线程。

如果使用共享的epfd，每个线程都必须传递自己的事件数组或共享事件数组到epoll_wait（）

是的，你需要在每个线程上有一个单独的事件数组，否则你将遇到竞争条件，并且可能会发生令人讨厌的事情。例如，您可能有一个仍在迭代epoll_wait(2)返回的事件的线程，并在突然另一个线程使用相同的数组调用epoll_wait(2)时处理请求，然后同时覆盖事件另一个线程是读它们。不好！绝对需要为每个线程分别使用一个数组。

假设你确实为每个线程都有一个单独的数组，那么任何一种可能性 - 等待同一个epoll fd或者为每个线程都有一个单独的epoll fd - 将同样有效，但请注意语义是不同的。使用全局共享的epoll fd，每个线程都会等待来自任何客户端的请求，因为客户端都被添加到同一个epoll fd中。对于每个线程使用单独的epoll fd，然后每个线程基本上负责客户端的子集（该线程接受的那些客户端）。

这可能与您的系统无关，或者它可能会产生巨大的差异。例如，可能会发生一个线程不幸导致一组高级和频繁请求的高级用户，使该线程过度工作，而其他具有较少攻击性客户端的线程几乎空闲。这不是不公平的吗？另一方面，也许你想只有一些线程处理特定类的用户，在这种情况下，在每个线程上有不同的epoll fds是有意义的。像往常一样，您需要考虑两种可能性，评估权衡，考虑您的具体问题，并做出决定。

以下是使用全局共享epoll fd的示例。我原本不打算做所有这些，但有一件事导致另一件事，而且，这很有趣，我认为这可能有助于你开始。它是一个侦听端口3000的echo服务器，拥有一个包含20个线程的池，使用epoll来同时接受新客户端并提供请求。

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

#define SERVERPORT 3000
#define SERVERBACKLOG 10
#define THREADSNO 20
#define EVENTS_BUFF_SZ 256

static int serversock;
static int epoll_fd;
static pthread_t threads[THREADSNO];

int accept_new_client(void) {

    int clientsock;
    struct sockaddr_in addr;
    socklen_t addrlen = sizeof(addr);
    if ((clientsock = accept(serversock, (struct sockaddr *) &addr, &addrlen)) < 0) {
        return -1;
    }

    char ip_buff[INET_ADDRSTRLEN+1];
    if (inet_ntop(AF_INET, &addr.sin_addr, ip_buff, sizeof(ip_buff)) == NULL) {
        close(clientsock);
        return -1;
    }

    printf("*** [%p] Client connected from %s:%" PRIu16 "\n", (void *) pthread_self(),
           ip_buff, ntohs(addr.sin_port));

    struct epoll_event epevent;
    epevent.events = EPOLLIN | EPOLLET;
    epevent.data.fd = clientsock;

    if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, clientsock, &epevent) < 0) {
        perror("epoll_ctl(2) failed attempting to add new client");
        close(clientsock);
        return -1;
    }

    return 0;
}

int handle_request(int clientfd) {
    char readbuff[512];
    struct sockaddr_in addr;
    socklen_t addrlen = sizeof(addr);
    ssize_t n;

    if ((n = recv(clientfd, readbuff, sizeof(readbuff)-1, 0)) < 0) {
        return -1;
    }

    if (n == 0) {
        return 0;
    }

    readbuff[n] = '\0';

    if (getpeername(clientfd, (struct sockaddr *) &addr, &addrlen) < 0) {
        return -1;
    }

    char ip_buff[INET_ADDRSTRLEN+1];
    if (inet_ntop(AF_INET, &addr.sin_addr, ip_buff, sizeof(ip_buff)) == NULL) {
        return -1;
    }

    printf("*** [%p] [%s:%" PRIu16 "] -> server: %s", (void *) pthread_self(),
           ip_buff, ntohs(addr.sin_port), readbuff);

    ssize_t sent;
    if ((sent = send(clientfd, readbuff, n, 0)) < 0) {
        return -1;
    }

    readbuff[sent] = '\0';

    printf("*** [%p] server -> [%s:%" PRIu16 "]: %s", (void *) pthread_self(),
           ip_buff, ntohs(addr.sin_port), readbuff);

    return 0;
}

void *worker_thr(void *args) {
    struct epoll_event *events = malloc(sizeof(*events)*EVENTS_BUFF_SZ);
    if (events == NULL) {
        perror("malloc(3) failed when attempting to allocate events buffer");
        pthread_exit(NULL);
    }

    int events_cnt;
    while ((events_cnt = epoll_wait(epoll_fd, events, EVENTS_BUFF_SZ, -1)) > 0) {
        int i;
        for (i = 0; i < events_cnt; i++) {
            assert(events[i].events & EPOLLIN);

            if (events[i].data.fd == serversock) {
                if (accept_new_client() == -1) {
                    fprintf(stderr, "Error accepting new client: %s\n",
                        strerror(errno));
                }
            } else {
                if (handle_request(events[i].data.fd) == -1) {
                    fprintf(stderr, "Error handling request: %s\n",
                        strerror(errno));
                }
            }
        }
    }

    if (events_cnt == 0) {
        fprintf(stderr, "epoll_wait(2) returned 0, but timeout was not specified...?");
    } else {
        perror("epoll_wait(2) error");
    }

    free(events);

    return NULL;
}

int main(void) {
    if ((serversock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)) < 0) {
        perror("socket(2) failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    struct sockaddr_in serveraddr;
    serveraddr.sin_family = AF_INET;
    serveraddr.sin_port = htons(SERVERPORT);
    serveraddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

    if (bind(serversock, (const struct sockaddr *) &serveraddr, sizeof(serveraddr)) < 0) {
        perror("bind(2) failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (listen(serversock, SERVERBACKLOG) < 0) {
        perror("listen(2) failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if ((epoll_fd = epoll_create(1)) < 0) {
        perror("epoll_create(2) failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    struct epoll_event epevent;
    epevent.events = EPOLLIN | EPOLLET;
    epevent.data.fd = serversock;

    if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, serversock, &epevent) < 0) {
        perror("epoll_ctl(2) failed on main server socket");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    int i;
    for (i = 0; i < THREADSNO; i++) {
        if (pthread_create(&threads[i], NULL, worker_thr, NULL) < 0) {
            perror("pthread_create(3) failed");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
    }

    /* main thread also contributes as worker thread */
    worker_thr(NULL);

    return 0;
}

几点说明：

main()应该返回int，而不是void（正如您在示例中所示）
始终处理错误返回码。忽略它们是很常见的，当事情破裂时很难知道发生了什么。
代码假定没有请求大于511字节（如handle_request()中的缓冲区大小所示）。如果请求大于此值，则有可能某些数据在套接字中保留很长时间，因为epoll_wait(2)在该文件描述符上发生新事件之前不会报告它（因为我们正在使用EPOLLET）。在最坏的情况下，客户端可能永远不会发送任何新数据，并等待永久回复。
为每个请求打印线程标识符的代码假定pthread_t是不透明的指针类型。实际上，pthread_t是Linux中的指针类型，但在其他平台中它可能是整数类型，因此这不是可移植的。但是，这可能不是什么大问题，因为epoll是特定于Linux的，因此代码无论如何都不可移植。
它假定当一个线程仍然在服务来自该客户端的请求时，来自同一客户端的其他请求不会到达。如果同时到达新请求并且另一个线程开始提供它，我们就会遇到竞争条件，并且客户端不一定会按照发送它们的顺序接收回显消息（但write(2)是原子的，所以回复可能会失灵，他们不会散布）。

可以在线程之间共享相同的epoll文件描述符吗？

1 个答案: