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epoll LT 模式和 ET 模式说明

最编程 2024-04-22 17:31:34
...

一、简介

与 poll 的事件宏相比,epoll 新增了一个事件宏 EPOLLET,这就是所谓的边缘触发模式Edge Trigger,ET),而默认的模式我们称为 水平触发模式Level Trigger,LT)。这两种模式的区别在于:

  • 对于水平触发模式,一个事件只要有,就会一直触发
  • 对于边缘触发模式,只有一个事件从无到有才会触发

这两个词汇来自电学术语,你可以将 fd 上有数据认为是高电平,没有数据认为是低电平,将 fd 可写认为是高电平,fd 不可写认为是低电平。那么水平模式的触发条件是状态处于高电平,而边缘模式的触发条件是新来一次电信号将当前状态变为高电平,即:

水平模式的触发条件

    • 1. 低电平 => 高电平
    • 2. 处于高电平状态

边缘模式的触发条件

    • 1. 低电平 => 高电平

说的有点抽象,以 socket 的读事件为例,对于水平模式,只要 socket 上有未读完的数据,就会一直产生 EPOLLIN 事件;而对于边缘模式,socket 上每新来一次数据就会触发一次,如果上一次触发后,未将 socket 上的数据读完,也不会再触发,除非再新来一次数据。对于 socket 写事件,如果 socket 的 TCP 窗口一直不饱和,会一直触发 EPOLLOUT 事件;而对于边缘模式,只会触发一次,除非 TCP 窗口由不饱和变成饱和再一次变成不饱和,才会再次触发 EPOLLOUT 事件。

二、触发条件

2.1 socket 可读事件水平模式触发条件

1、socket上无数据 => socket上有数据

2、socket处于有数据状态

2.2 socket 可读事件边沿模式触发条件

1、socket上无数据 => socket上有数据

2、socket又新来一次数据

2.3 socket 可写事件水平模式触发条件

1、socket可写=>socket可写

2、socket不可写=>socket可写

2.3 socket 可写事件边沿模式触发条件

1、socket不可写=>socket可写

三、使用

如果对于一个非阻塞 socket,如果使用 epoll 边缘模式去检测数据是否可读,触发可读事件以后,一定要一次性把 socket 上的数据收取干净才行,也就是说一定要循环调用 recv 函数直到 recv 出错,错误码是EWOULDBLOCKEAGAIN 一样)(此时表示 socket 上本次数据已经读完);如果使用水平模式,则不用,你可以根据业务一次性收取固定的字节数,或者收完为止。边缘模式下收取数据的代码写法示例如下:

 1 bool TcpSession::RecvEtMode()
 2 {
 3    //每次只收取256个字节
 4    char buff[256];
 5    while (true)
 6    {       
 7        int nRecv = ::recv(clientfd_, buff, 256, 0);
 8        if (nRecv == -1)
 9        {
10            if (errno == EWOULDBLOCK)
11                return true;
12            else if (errno == EINTR)
13                continue;
14 
15            return false;
16        }
17        //对端关闭了socket
18        else if (nRecv == 0)
19            return false;
20 
21        inputBuffer_.add(buff, (size_t)nRecv);
22    }
23 
24    return true;
25 }

下面我们来看几个具体的例子来比较一下 LT 模式ET 模式的区别。

先来测试一下 LT 模式ET 模式在处理读事件上的区别。

代码如下:

  1 /** 
  2  * 验证epoll的LT与ET模式的区别, epoll_server.cpp
  3  * zhangyl 2019.04.01
  4  */
  5 #include<sys/types.h>
  6 #include<sys/socket.h>
  7 #include<arpa/inet.h>
  8 #include<unistd.h>
  9 #include<fcntl.h>
 10 #include<sys/epoll.h>
 11 #include<poll.h>
 12 #include<iostream>
 13 #include<string.h>
 14 #include<vector>
 15 #include<errno.h>
 16 #include<iostream>
 17 
 18 int main()
 19 {
 20     //创建一个监听socket
 21     int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
 22     if (listenfd == -1)
 23     {
 24         std::cout << "create listen socket error" << std::endl;
 25         return -1;
 26     }
 27 
 28     //设置重用ip地址和端口号
 29     int on = 1;
 30     setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (char*)&on, sizeof(on));
 31     setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEPORT, (char*)&on, sizeof(on));
 32 
 33 
 34     //将监听socker设置为非阻塞的
 35     int oldSocketFlag = fcntl(listenfd, F_GETFL, 0);
 36     int newSocketFlag = oldSocketFlag | O_NONBLOCK;
 37     if (fcntl(listenfd, F_SETFL, newSocketFlag) == -1)
 38     {
 39         close(listenfd);
 40         std::cout << "set listenfd to nonblock error" << std::endl;
 41         return -1;
 42     }
 43 
 44     //初始化服务器地址
 45     struct sockaddr_in bindaddr;
 46     bindaddr.sin_family = AF_INET;
 47     bindaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
 48     bindaddr.sin_port = htons(3000);
 49 
 50     if (bind(listenfd, (struct sockaddr*)&bindaddr, sizeof(bindaddr)) == -1)
 51     {
 52         std::cout << "bind listen socker error." << std::endl;
 53         close(listenfd);
 54         return -1;
 55     }
 56 
 57     //启动监听
 58     if (listen(listenfd, SOMAXCONN) == -1)
 59     {
 60         std::cout << "listen error." << std::endl;
 61         close(listenfd);
 62         return -1;
 63     }
 64 
 65 
 66     //创建epollfd
 67     int epollfd = epoll_create(1);
 68     if (epollfd == -1)
 69     {
 70         std::cout << "create epollfd error." << std::endl;
 71         close(listenfd);
 72         return -1;
 73     }
 74 
 75     epoll_event listen_fd_event;
 76     listen_fd_event.data.fd = listenfd;
 77     listen_fd_event.events = EPOLLIN;
 78     //取消注释掉这一行,则使用ET模式
 79     //listen_fd_event.events |= EPOLLET;
 80 
 81     //将监听sokcet绑定到epollfd上去
 82     if (epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, listenfd, &listen_fd_event) == -1)
 83     {
 84         std::cout << "epoll_ctl error" << std::endl;
 85         close(listenfd);
 86         return -1;
 87     }
 88 
 89     int n;
 90     while (true)
 91     {
 92         epoll_event epoll_events[1024];
 93         n = epoll_wait(epollfd, epoll_events, 1024, 1000);
 94         if (n < 0)
 95         {
 96             //被信号中断
 97             if (errno == EINTR) 
 98                 continue;
 99 
100             //出错,退出
101             break;
102         }
103         else if (n == 0)
104         {
105             //超时,继续
106             continue;
107         }
108         for (size_t i = 0; i < n; ++i)
109         {
110             //事件可读
111             if (epoll_events[i].events & EPOLLIN)
112             {
113                 if (epoll_events[i].data.fd == listenfd)
114                 {
115                     //侦听socket,接受新连接
116                     struct sockaddr_in clientaddr;
117                     socklen_t clientaddrlen = sizeof(clientaddr);
118                     int clientfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &clientaddrlen);
119                     if (clientfd != -1)
120                     {
121                         int oldSocketFlag = fcntl(clientfd, F_GETFL, 0);
122                         int newSocketFlag = oldSocketFlag | O_NONBLOCK;
123                         if (fcntl(clientfd, F_SETFD, newSocketFlag) == -1)
124                         {
125                             close(clientfd);
126                             std::cout << "set clientfd to nonblocking error." << std::endl;
127                         }
128                         else
129                         {
130                             epoll_event client_fd_event;
131                             client_fd_event.data.fd = clientfd;
132                             client_fd_event.events = EPOLLIN;
133                             //取消注释这一行,则使用ET模式
134                             //client_fd_event.events |= EPOLLET; 
135                             if (epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, clientfd, &client_fd_event) != -1)
136                             {
137                                 std::cout << "new client accepted,clientfd: " << clientfd << std::endl;
138                             }
139                             else
140                             {
141                                 std::cout << "add client fd to epollfd error" << std::endl;
142                                 close(clientfd);
143                             }
144                         }
145                     }
146                 }
147                 else
148                 {
149                     std::cout << "client fd: " << epoll_events[i].data.fd << " recv data." << std::endl;
150                     //普通clientfd
151                     char ch;
152                     //每次只收一个字节
153                     int m = recv(epoll_events[i].data.fd, &ch, 1, 0);
154                     if (m == 0)
155                     {
156                         //对端关闭了连接,从epollfd上移除clientfd
157                         if (epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_DEL, epoll_events[i].data.fd, NULL) != -1)
158                         {
159                             std::cout << "client disconnected,clientfd:" << epoll_events[i].data.fd << std::endl;
160                         }
161                         close(epoll_events[i].data.fd);
162                     }
163                     else if (m < 0)
164                     {
165                         //出错
166                         if (errno != EWOULDBLOCK && errno != EINTR)
167                         {
168                             if (epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_DEL, epoll_events[i].data.fd, NULL) != -1)
169                             {
170                                 std::cout << "client disconnected,clientfd:" << epoll_events[i].data.fd << std::endl;
171                             }
172                             close(epoll_events[i].data.fd);
173                         }
174                     }
175                     else
176                     {
177                         //正常收到数据
178                         std::cout << "recv from client:" << epoll_events[i].data.fd << ", " << ch << std::endl;
179                     }
180                 }
181             }
182             else if (epoll_events[i].events & EPOLLERR)
183             {
184                 // TODO 暂不处理
185             }
186         }
187     }
188 
189     close(listenfd);
190     return 0;
191 }
View Code

我们先来看水平模式的行为,将代码 79 行和 134 行注释掉则使用 LT 模式,我们编译下程序并运行:

1 [root@localhost testepoll]# g++ -g -o epoll_server epoll_server.cpp 
2 [root@localhost testepoll]# ./epoll_server

然后再另外开启一个 shell 窗口,使用 nc 命令模拟一个客户端,连接服务器成功后,我们给服务器发送一个消息"abcef":

1 [root@localhost ~]# nc -v 127.0.0.1 3000
2 Ncat: Version 7.50 ( https://nmap.org/ncat )
3 Ncat: Connected to 127.0.0.1:3000.
4 abcdef

此时服务器端输出:

 1 [root@localhost testepoll]# ./epoll_server 
 2 new client accepted,clientfd: 5
 3 client fd: 5 recv data.
 4 recv from client:5, a
 5 client fd: 5 recv data.
 6 recv from client:5, b
 7 client fd: 5 recv data.
 8 recv from client:5, c
 9 client fd: 5 recv data.
10 recv from client:5, d
11 client fd: 5 recv data.
12 recv from client:5, e
13 client fd: 5 recv data.
14 recv from client:5, f
15 client fd: 5 recv data.
16 recv from client:5,

nc 命令实际发送了 abcdef\n 七个字符,由于服务器端使用的是 LT 模式,每次接收一个字符,只要 socket 接收缓冲区中仍有数据可读,POLLIN 事件就会一直触发,所以服务器一共有 7 次输出,直到 socket 接收缓冲区没有数据为止。

我们将代码 79 行和 134 行注释取消掉,使用 ET 模式再试一下,修改代码并重新编译,然后重新运行一下。再次使用 nc 命令模拟一个客户端连接后发送"abcef",服务器只会有一次输出,效果如下:

由于使用了 ET 模式,只会触发一次 POLLIN 事件,如果此时没有新数据到来,就再也不会触发。所以,如果我们继续给服务器发送一条新数据,如 123,服务器将再次触发一次 POLLIN 事件,然后打印出字母 b,效果如下:

所以如果使用 ET 模式 处理读事件,切记要将该次 socket 上的数据收完。

再来测试一下 LT 模式ET 模式在处理写事件上的区别。

修改上述代码如下:

  1 /**
  2  * 验证epoll的LT与ET模式的区别, epoll_server.cpp
  3  * zhangyl 2019.04.01
  4  */
  5 #include<sys/types.h>
  6 #include<sys/socket.h>
  7 #include<arpa/inet.h>
  8 #include<unistd.h>
  9 #include<fcntl.h>
 10 #include<sys/epoll.h>
 11 #include<poll.h>
 12 #include<iostream>
 13 #include<string.h>
 14 #include<vector>
 15 #include<errno.h>
 16 #include<iostream>
 17 
 18 int main()
 19 {
 20     //创建一个监听socket
 21     int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
 22     if (listenfd == -1)
 23     {
 24         std::cout << "create listen socket error" << std::endl;
 25         return -1;
 26     }
 27 
 28     //设置重用ip地址和端口号
 29     int on = 1;
 30     setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (char*)& on, sizeof(on));
 31     setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEPORT, (char*)& on, sizeof(on));
 32 
 33 
 34     //将监听socker设置为非阻塞的
 35     int oldSocketFlag = fcntl(listenfd, F_GETFL, 0);
 36     int newSocketFlag = oldSocketFlag | O_NONBLOCK;
 37     if (fcntl(listenfd, F_SETFL, newSocketFlag) == -1)
 38     {
 39         close(listenfd);
 40         std::cout << "set listenfd to nonblock error" << std::endl;
 41         return -1;
 42     }
 43 
 44     //初始化服务器地址
 45     struct sockaddr_in bindaddr;
 46     bindaddr.sin_family = AF_INET;
 47     bindaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
 48     bindaddr.sin_port = htons(3000);
 49 
 50     if (bind(listenfd, (struct sockaddr*) & bindaddr, sizeof(bindaddr)) == -1)
 51     {
 52         std::cout << "bind listen socker error." << std::endl;
 53         close(listenfd);
 54         return -1;
 55     }
 56 
 57     //启动监听
 58     if (listen(listenfd, SOMAXCONN) == -1)
 59     {
 60         std::cout << "listen error." << std::endl;
 61         close(listenfd);
 62         return -1;
 63     }
 64 
 65 
 66     //创建epollfd
 67     int epollfd = epoll_create(1);
 68     if (epollfd == -1)
 69     {
 70         std::cout << "create epollfd error." << std::endl;
 71         close(listenfd);
 72         return -1;
 73     }
 74 
 75     epoll_event listen_fd_event;
 76     listen_fd_event.data.fd = listenfd;
 77     listen_fd_event.events = EPOLLIN;
 78     //取消注释掉这一行,则使用ET模式
 79     //listen_fd_event.events |= EPOLLET;
 80 
 81     //将监听sokcet绑定到epollfd上去
 82     if (epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, listenfd, &listen_fd_event) == -1)
 83     {
 84         std::cout << "epoll_ctl error" << std::endl;
 85         close(listenfd);
 86         return -1;
 87     }
 88 
 89     int n;
 90     while (true)
 91     {
 92         epoll_event epoll_events[1024];
 93         n = epoll_wait(epollfd, epoll_events, 1024, 1000);
 94         if (n < 0)
 95         {
 96             //被信号中断
 97             if (errno == EINTR)
 98                 continue;
 99 
100             
						

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