epoll的边缘触发(ET)和水平触发(LT)

最新推荐文章于 2024-09-18 17:23:37 发布

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#epoll #边缘触发 #水平触发 #非阻塞 #高效

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本文介绍了epoll的边缘触发(ET)和水平触发(LT)两种模式的区别。边缘触发仅在状态变化时触发事件，而水平触发在满足条件时持续触发。文章通过酱油购买的例子和代码示例解释了两者的工作原理，并讨论了在边缘触发模式下如何避免阻塞以提高效率。同时强调，设置边缘触发时，文件描述符应设为非阻塞并进行循环读取以保持高效。

epoll的边缘触发和水平触发：

epoll的默认模式是水平触发。
先大概了解一下这两种触发模式有什么不同：
水平触发(Level Trigger,也称条件触发)：只要满足条件,就触发一个事件(只要有数据还未读完,就会一直触发)
边缘触发(Edge Trigger)：每当状态发生变化时就触发一个事件。

可能概念不容易理解,这里举一个例子大概就能明白两者的区别了：比如某个人让你去买几袋酱油,你只买了一袋回去,水平触发的做法就是他让你继续去把剩下的几袋酱油买回来,如果没有完成任务,就一直通知你;边缘触发的做法就是不管完没完成任务,反正他让你买了,买没买完就是你自己的事了,下次买酱油这件事他就不管了,会让你去做其它的事。

通过上面的例子,我们对边缘触发和水平触发有了一个大概的了解,下面通过代码来深入了解：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

#define MAXLINE 10

int main()
{
    pid_t pid;
    int fd[2];
    int i;
    char str[MAXLINE], ch = 'a';
    bzero(str, sizeof(str));
    //使用管道,fd[0]默认是读端,fd[1]默认是写端
    pipe(fd);
    pid = fork();
    if(pid == 0)    //child 负责写端
    {
        close(fd[0]);
        while(1)
        {
            for(i = 0; i < MAXLINE / 2; i++)
            {
                str[i] = ch;
            }
            ch++;
            str[i - 1] = '\n';
            for(; i < MAXLINE; i++)
            {
                str[i] = ch;
            }
            str[i - 1] = '\n';

            write(fd[1], str, sizeof(str));
            sleep(5);
        }

    }
    else if(pid > 0) //parent 负责读端
    {
        close(fd[1]);
        struct epoll_event event;
        struct epoll_event resevent[10];

        int res;
        //调用epoll_create创建红黑树树根
        int efd = epoll_create(10);
        event.data.fd = fd[0];
        //触发方式默认是EPOLLLT
        event.events = EPOLLIN;
        //将读端文件描述符加入epoll监听的树中
        epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_ADD, fd[0], &event);

        while(1)
        {
            //当子进程发送数据时,就会触发事件进行读事件
            res = epoll_wait(efd, resevent, 10, -1);  
            if(resevent[0].data.fd == fd[0])
            {
                int len = read(fd[0], str, MAXLINE/2);
                //写回屏幕
                write(STDOUT_FILENO, str, len);
            }
        }
        close(efd);
    }
    if(pid > 0)
      close(fd[0]);
    else
      close(fd[1]);
    return 0;
}

这段程序运行的结果是：

aaaa
bbbb
bbbb
cccc
....

当我们修改成边缘触发(这里就不贴出完整代码了,因为改动很少),只需要把event.events = EPOLLIN;改成event.events = EPOLLIN | EPOLLET即可。

运行的结果是：

aaaa
bbbb
bbbb
cccc
....

虽然结果是一样的,但是可以发现每过5秒,第一段程序会输出10个字符(包括换行),而第二段程序只会输出5个。而且我们经过分析不难发现str[MAXLINE]数组在水平触发时,每次是全部输出的,而边缘触发情况下,每次只输出了一半,这是因为我们父进程读的时候只读了一半。这就说明了,在水平触发模式下,只要有剩余的数据,epoll_wait会一直通知你,而在边缘触发模式下,则每个文件描述符只会通知一次。

那么问题来了,很明显传过来的数据我们是需要的,为了把数据读完,就需要重复调用read来读取,考虑这样一种情况,每次循环使用read读取10个字节,但是我们的数据总量只有21个字节,那么经过两次读取之后,还剩1个字节,再次读取时,由于不满足就会阻塞(是否阻塞要由设备的属性和设定所定,一般来说,读字符终端、网络的socket描述符、管道等会阻塞,而读磁盘上的文件一般不会)。阻塞在这肯定会影响程序的效率的。

解决方法是,当我们使用边缘触发时,将对应的文件描述符设置为非阻塞即可。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#define MAXLINE 10

int main()
{
  pid_t pid;
  int fd[2];
  int i;
  char str[MAXLINE], ch = 'a';
  bzero(str, sizeof(str));
  //使用管道,fd[0]默认是读端,fd[1]默认是写端
  pipe(fd);
  pid = fork();
  if(pid == 0)  //child 负责写端
  {
    close(fd[0]);
    while(1)
    {
      for(i = 0; i < MAXLINE / 2; i++)
      {
        str[i] = ch;
      }
      ch++;
      str[i - 1] = '\n';
      for(; i < MAXLINE; i++)
      {
        str[i] = ch;
      }
      str[i - 1] = '\n';

      write(fd[1], str, sizeof(str));
      sleep(5);
    }

  }
  else if(pid > 0) //parent 负责读端
  {
    close(fd[1]);
    //设置非阻塞
    int flag = fcntl(fd[0], F_GETFL);
    flag |= O_NONBLOCK;
    fcntl(fd[0], F_SETFL, flag);
    struct epoll_event event;
    struct epoll_event resevent[10];

    int res;
    //调用epoll_create创建红黑树树根
    int efd = epoll_create(10);
    event.data.fd = fd[0];
    //触发方式默认是EPOLLLT
    event.events = EPOLLIN;
    //将读端文件描述符加入epoll监听的树中
    epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_ADD, fd[0], &event);

    int len;
    while(1)
    {
      //当子进程发送数据时,就会触发事件进行读事件
      res = epoll_wait(efd, resevent, 10, -1);  
      if(resevent[0].data.fd == fd[0])
      {
        //循环读取,直到读完为止
        while((len = read(fd[0], str, MAXLINE/2)) > 0)
        {
            write(STDOUT_FILENO, str, len);
        }            
      }
    }
    close(efd);
  }
  if(pid > 0)
    close(fd[0]);
  else
    close(fd[1]);
  return 0;
}

边缘触发比水平触发更高效的原因：不会让同一个文件描述符多次被处理,比如有些文件描述符已经不需要再读写了,但是在水平触发下每次都会返回,而边缘触发只会返回一次。
最后提醒一点,如果设置边缘触发,则必须将对应的文件描述符设置为非阻塞模式并且循环读取数据。否则会导致程序的效率大大下降。
poll和epoll默认采用的都是水平触发,只是epoll可以修改成边缘触发。