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网编(17):epoll条件(水平)触发和边缘触发

epoll也是实现I/O多路复用的一种方法,为了深入了解epoll的原理,我们先来看下epoll水平触发(level trigger,LT,LT为epoll的默认工作模式)与边缘触发(edge trigger,ET)两种工作模式。

使用脉冲信号来解释LT和ET可能更加贴切。Level是指信号只需要处于水平,就一直会触发;而edge则是指信号为上升沿或者下降沿时触发。说得还有点玄乎,我们以生活中的一个例子来类比LT和ET是如何确定读操作是否就绪的。

水平触发 
儿子:妈妈,我收到了500元的压岁钱。 
妈妈:嗯,省着点花。 
儿子:妈妈,我今天花了200元买了个变形金刚。 
妈妈:以后不要乱花钱。 
儿子:妈妈,我今天买了好多好吃的,还剩下100元。 
妈妈:用完了这些钱,我可不会再给你钱了。 
儿子:妈妈,那100元我没花,我攒起来了 
妈妈:这才是明智的做法! 
儿子:妈妈,那100元我还没花,我还有钱的。 
妈妈:嗯,继续保持。 
儿子:妈妈,我还有100元钱。 
妈妈:…

接下来的情形就是没完没了了:只要儿子一直有钱,他就一直会向他的妈妈汇报。LT模式下,只要内核缓冲区中还有未读数据,就会一直返回描述符的就绪状态,即不断地唤醒应用进程。在上面的例子中,儿子是缓冲区,钱是数据,妈妈则是应用进程了解儿子的压岁钱状况(读操作)。

边缘触发 
儿子:妈妈,我收到了500元的压岁钱。 
妈妈:嗯,省着点花。 
(儿子使用压岁钱购买了变形金刚和零食。) 
儿子: 
妈妈:儿子你倒是说话啊?压岁钱呢?

这个就是ET模式,儿子只在第一次收到压岁钱时通知妈妈,接下来儿子怎么把压岁钱花掉并没有通知妈妈。即儿子从没钱变成有钱,需要通知妈妈,接下来钱变少了,则不会再通知妈妈了。在ET模式下, 缓冲区从不可读变成可读,会唤醒应用进程,缓冲区数据变少的情况,则不会再唤醒应用进程。

我们再详细说明LT和ET两种模式下对读写操作是否就绪的判断。

条件触发:

只要输入缓冲有数据就会一直触发事件,直到缓冲区没有数据。

1. 对于读操作

只要缓冲内容不为空,LT模式返回读就绪。

2. 对于写操作

只要缓冲区还不满,LT模式会返回写就绪。

边缘触发:

1. 对于读操作

(1)当缓冲区由不可读变为可读的时候,即缓冲区由空变为不空的时候。

(2)当有新数据到达时,即缓冲区中的待读数据变多的时候。

(3)当缓冲区有数据可读,且应用进程对相应的描述符进行EPOLL_CTL_MOD 修改EPOLLIN事件时。

2. 对于写操作

(1)当缓冲区由不可写变为可写时。

(2)当有旧数据被发送走,即缓冲区中的内容变少的时候。

(3)当缓冲区有空间可写,且应用进程对相应的描述符进行EPOLL_CTL_MOD 修改EPOLLOUT事件时。

实验一:条件触发

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

int main()
{
int epfd, nfds;
char buf[256];
struct epoll_event event, events[5];
epfd = epoll_create(1);
event.data.fd = STDIN_FILENO;
event.events = EPOLLIN; // LT是默认模式
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, STDIN_FILENO, &event);
while (1) {
nfds = epoll_wait(epfd, events, 5, -1);
int i;
for (i = 0; i < nfds; ++i) {
if (events[i].data.fd == STDIN_FILENO) {
//read(STDIN_FILENO, buf, sizeof(buf));
printf("hello world\n");
}
}
}
}

我们输入了一些数据到  STDIN_FILENO(标准输入)中,但是没有读取数据。所以会一直触发事件,就会一直打印hello world。

运行结果:

$ ./a.out
aaa //自己输入的数据
hello world
hello world
hello world
hello world
hello world
^C

实验二:边缘触发

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

int main()
{
int epfd, nfds;
struct epoll_event event, events[5];
epfd = epoll_create(1);
event.data.fd = STDIN_FILENO;
event.events = EPOLLIN | EPOLLET;//事件类型
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, STDIN_FILENO, &event);
while (1) {
nfds = epoll_wait(epfd, events, 5, -1);
int i;
for (i = 0; i < nfds; ++i) {
if (events[i].data.fd == STDIN_FILENO) {
printf("hello world\n");
}
}
}
}

只有缓冲区发生变化才会触发。

运行结果:

$ ./a.out 
123 //自己输入的数据
hello world
123
hello world
123
hello world

非阻塞的边缘触发

边缘触发方式下,以阻塞方式工作的read & write函数有可能引起服务器端的长时间停顿。因此,边缘触发方式中一定要采用非阻塞read&
write函数。

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <fcntl.h>
int main()
{
int epfd, nfds;
struct epoll_event event, events[5];
epfd = epoll_create(1);

//设置为非阻塞
int flage = fcntl(STDIN_FILENO, F_GETFL, 0);
fcntl(STDIN_FILENO, F_SETFL, flage | O_NONBLOCK);

event.data.fd = STDIN_FILENO;
event.events = EPOLLIN | EPOLLET;//事件类型
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, STDIN_FILENO, &event);
while (1) {
nfds = epoll_wait(epfd, events, 5, -1);
int i;
for (i = 0; i < nfds; ++i) {
if (events[i].data.fd == STDIN_FILENO) {
printf("hello world\n");
}
}
}
}

运行结果:和条件触发一样

$ ./a.out
aaa //自己输入的数据
hello world
hello world
hello world
hello world
hello world
^C

非阻塞边缘触发服务器代码:

运行结果:

$ ./ser 9190
return epoll_wait
connected client: 5
return epoll_wait
return epoll_wait
return epoll_wait
return epoll_wait
return epoll_wait
closed client: 5

$ ./cli 192.168.1.141 9190
Input message(Q to quit) : asdfasdf
Message from server: asdfasdf
Input message(Q to quit) : asdfasf
Message from server: asdfasf
Input message(Q to quit) : sdfasdf
Message from server: sdfasdf
Input message(Q to quit) : asdfasd
Message from server: asdfasd
Input message(Q to quit) : ^C

服务器:

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

#define BUF_SIZE 4
#define EPOLL_SIZE 50
void setnonblockingmode(int fd);
void error_handling(char *buf);

int main(int argc, char *argv[])
{
int serv_sock, clnt_sock;
struct sockaddr_in serv_adr, clnt_adr;
socklen_t adr_sz;
int str_len, i;
char buf[BUF_SIZE];

struct epoll_event *ep_events;
struct epoll_event event;
int epfd, event_cnt;

if(argc!=2) {
printf("Usage : %s <port>\n", argv[0]);
exit(1);
}

serv_sock=socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
memset(&serv_adr, 0, sizeof(serv_adr));
serv_adr.sin_family=AF_INET;
serv_adr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
serv_adr.sin_port=htons(atoi(argv[1]));

if(bind(serv_sock, (struct sockaddr*) &serv_adr, sizeof(serv_adr))==-1)
error_handling("bind() error");
if(listen(serv_sock, 5)==-1)
error_handling("listen() error");

epfd=epoll_create(EPOLL_SIZE);
ep_events=(struct epoll_event*)malloc(sizeof(struct epoll_event)*EPOLL_SIZE);

setnonblockingmode(serv_sock);
event.events=EPOLLIN;
event.data.fd=serv_sock;
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, serv_sock, &event);

while(1)
{
event_cnt=epoll_wait(epfd, ep_events, EPOLL_SIZE, -1);
if(event_cnt==-1)
{
puts("epoll_wait() error");
break;
}

puts("return epoll_wait");
for(i=0; i<event_cnt; i++)
{
if(ep_events[i].data.fd==serv_sock)
{
adr_sz=sizeof(clnt_adr);
clnt_sock=accept(serv_sock, (struct sockaddr*)&clnt_adr, &adr_sz);
setnonblockingmode(clnt_sock);
event.events=EPOLLIN|EPOLLET;
event.data.fd=clnt_sock;
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, clnt_sock, &event);
printf("connected client: %d \n", clnt_sock);
}
else
{
while(1)//因为是边缘触发,可能一次读没有读完,所以需要多次读
{
str_len=read(ep_events[i].data.fd, buf, BUF_SIZE);
if(str_len==0) // close request!
{
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, ep_events[i].data.fd, NULL);
close(ep_events[i].data.fd);
printf("closed client: %d \n", ep_events[i].data.fd);
break;
}
else if(str_len<0)
{
if(errno==EAGAIN)
break;
}
else
{
write(ep_events[i].data.fd, buf, str_len); // echo!
}
}
}
}
}
close(serv_sock);
close(epfd);
return 0;
}

void setnonblockingmode(int fd)
{
int flag=fcntl(fd, F_GETFL, 0);
fcntl(fd, F_SETFL, flag|O_NONBLOCK);
}
void error_handling(char *buf)
{
fputs(buf, stderr);
fputc('\n', stderr);
exit(1);
}

客服端:

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


#define BUF_SIZE 1024

void error_handling(char *message);

int main(int argc, char* argv[])
{
int sock;
struct sockaddr_in serv_addr;
char message[30];
int str_len;

if(argc!=3)
{
printf("Usage : %s <IP> <port>\n", argv[0]);
exit(1);
}

sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(sock == -1)
error_handling("socket() error");

memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
serv_addr.sin_family=AF_INET;
serv_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]);
serv_addr.sin_port=htons(atoi(argv[2]));

if(connect(sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr))==-1)
error_handling("connect() error I");

while(1)
{
fputs("Input message(Q to quit) : ", stdout);
fgets(message, BUF_SIZE, stdin);

if(!strcmp(message, "q\n") || !strcmp(message, "Q\n"))
break;

write(sock, message, strlen(message));
memset(message, 0, sizeof(message));

str_len=read(sock, message, BUF_SIZE-1);
message[str_len]='\0';
printf("Message from server: %s", message);

memset(message, 0, sizeof(message));
}

close(sock);
return 0;
}

void error_handling(char *message)
{
fputs(message, stderr);
fputc('\n', stderr);
exit(1);
}

 

 

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