实例浅析epoll的水平触发和边缘触发,以及边缘触发为什么要使用非阻塞IO

一.基本概念                                                         

我们通俗一点讲:

Level_triggered(水平触发):当被监控的文件描述符上有可读写事件发生时,epoll_wait()会通知处理程序去读写。如果这次没有把数据一次性全部读写完(如读写缓冲区太小),那么下次调用 epoll_wait()时,它还会通知你在上没读写完的文件描述符上继续读写,当然如果你一直不去读写,它会一直通知你!!!如果系统中有大量你不需要读写的就绪文件描述符,而它们每次都会返回,这样会大大降低处理程序检索自己关心的就绪文件描述符的效率!!!

Edge_triggered(边缘触发):当被监控的文件描述符上有可读写事件发生时,epoll_wait()会通知处理程序去读写。如果这次没有把数据全部读写完(如读写缓冲区太小),那么下次调用epoll_wait()时,它不会通知你,也就是它只会通知你一次,直到该文件描述符上出现第二次可读写事件才会通知你!!!这种模式比水平触发效率高,系统不会充斥大量你不关心的就绪文件描述符!!!

阻塞IO:当你去读一个阻塞的文件描述符时,如果在该文件描述符上没有数据可读,那么它会一直阻塞(通俗一点就是一直卡在调用函数那里),直到有数据可读。当你去写一个阻塞的文件描述符时,如果在该文件描述符上没有空间(通常是缓冲区)可写,那么它会一直阻塞,直到有空间可写。以上的读和写我们统一指在某个文件描述符进行的操作,不单单指真正的读数据,写数据,还包括接收连接accept(),发起连接connect()等操作...

非阻塞IO:当你去读写一个非阻塞的文件描述符时,不管可不可以读写,它都会立即返回,返回成功说明读写操作完成了,返回失败会设置相应errno状态码,根据这个errno可以进一步执行其他处理。它不会像阻塞IO那样,卡在那里不动!!!

二.几种IO模型的触发方式                          

 select(),poll()模型都是水平触发模式,信号驱动IO是边缘触发模式,epoll()模型即支持水平触发,也支持边缘触发,默认是水平触发。

这里我们要探讨epoll()的水平触发和边缘触发,以及阻塞IO和非阻塞IO对它们的影响!!!下面称水平触发为LT,边缘触发为ET。

对于监听的socket文件描述符我们用sockfd代替,对于accept()返回的文件描述符(即要读写的文件描述符)用connfd代替。

我们来验证以下几个内容:

1.水平触发的非阻塞sockfd

2.边缘触发的非阻塞sockfd

3.水平触发的阻塞connfd

4.水平触发的非阻塞connfd

5.边缘触发的阻塞connfd

6.边缘触发的非阻塞connfd

以上没有验证阻塞的sockfd,因为epoll_wait()返回必定是已就绪的连接,设不设置阻塞accept()都会立即返回。例外:UNP里面有个例子,在BSD上,使用select()模型。设置阻塞的监听sockfd时,当客户端发起连接请求,由于服务器繁忙没有来得及accept(),此时客户端自己又断开,当服务器到达accept()时,会出现阻塞。本机测试epoll()模型没有出现这种情况,我们就暂且忽略这种情况!!!

三.验证代码                                                         

文件名:epoll_lt_et.c

复制代码
  1 /* 
  2  *url:http://www.cnblogs.com/yuuyuu/p/5103744.html
  3  *
  4  */
  5 
  6 #include <stdio.h>
  7 #include <stdlib.h>
  8 #include <string.h>
  9 #include <errno.h>
 10 #include <unistd.h>
 11 #include <fcntl.h>
 12 #include <arpa/inet.h>
 13 #include <netinet/in.h>
 14 #include <sys/socket.h>
 15 #include <sys/epoll.h>
 16 
 17 /* 最大缓存区大小 */
 18 #define MAX_BUFFER_SIZE 5
 19 /* epoll最大监听数 */
 20 #define MAX_EPOLL_EVENTS 20
 21 /* LT模式 */
 22 #define EPOLL_LT 0
 23 /* ET模式 */
 24 #define EPOLL_ET 1
 25 /* 文件描述符设置阻塞 */
 26 #define FD_BLOCK 0
 27 /* 文件描述符设置非阻塞 */
 28 #define FD_NONBLOCK 1
 29 
 30 /* 设置文件为非阻塞 */
 31 int set_nonblock(int fd)
 32 {
 33     int old_flags = fcntl(fd, F_GETFL);
 34     fcntl(fd, F_SETFL, old_flags | O_NONBLOCK);
 35     return old_flags;
 36 }
 37 
 38 /* 注册文件描述符到epoll,并设置其事件为EPOLLIN(可读事件) */
 39 void addfd_to_epoll(int epoll_fd, int fd, int epoll_type, int block_type)
 40 {
 41     struct epoll_event ep_event;
 42     ep_event.data.fd = fd;
 43     ep_event.events = EPOLLIN;
 44 
 45     /* 如果是ET模式,设置EPOLLET */
 46     if (epoll_type == EPOLL_ET)
 47         ep_event.events |= EPOLLET;
 48 
 49     /* 设置是否阻塞 */
 50     if (block_type == FD_NONBLOCK)
 51         set_nonblock(fd);
 52 
 53     epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &ep_event);
 54 }
 55 
 56 /* LT处理流程 */
 57 void epoll_lt(int sockfd)
 58 {
 59     char buffer[MAX_BUFFER_SIZE];
 60     int ret;
 61 
 62     memset(buffer, 0, MAX_BUFFER_SIZE);
 63     printf("开始recv()...\n");
 64     ret = recv(sockfd, buffer, MAX_BUFFER_SIZE, 0);
 65     printf("ret = %d\n", ret);
 66     if (ret > 0)
 67         printf("收到消息:%s, 共%d个字节\n", buffer, ret);
 68     else
 69     {
 70         if (ret == 0)
 71             printf("客户端主动关闭!!!\n");
 72         close(sockfd);
 73     }
 74 
 75     printf("LT处理结束!!!\n");
 76 }
 77 
 78 /* 带循环的ET处理流程 */
 79 void epoll_et_loop(int sockfd)
 80 {
 81     char buffer[MAX_BUFFER_SIZE];
 82     int ret;
 83 
 84     printf("带循环的ET读取数据开始...\n");
 85     while (1)
 86     {
 87         memset(buffer, 0, MAX_BUFFER_SIZE);
 88         ret = recv(sockfd, buffer, MAX_BUFFER_SIZE, 0);
 89         if (ret == -1)
 90         {
 91             if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK)
 92             {
 93                 printf("循环读完所有数据!!!\n");
 94                 break;
 95             }
 96             close(sockfd);
 97             break;
 98         }
 99         else if (ret == 0)
100         {
101             printf("客户端主动关闭请求!!!\n");
102             close(sockfd);
103             break;
104         }
105         else
106             printf("收到消息:%s, 共%d个字节\n", buffer, ret);
107     }
108     printf("带循环的ET处理结束!!!\n");
109 }
110 
111 
112 /* 不带循环的ET处理流程,比epoll_et_loop少了一个while循环 */
113 void epoll_et_nonloop(int sockfd)
114 {
115     char buffer[MAX_BUFFER_SIZE];
116     int ret;
117 
118     printf("不带循环的ET模式开始读取数据...\n");
119     memset(buffer, 0, MAX_BUFFER_SIZE);
120     ret = recv(sockfd, buffer, MAX_BUFFER_SIZE, 0);
121     if (ret > 0)
122     {
123         printf("收到消息:%s, 共%d个字节\n", buffer, ret);
124     }
125     else
126     {
127         if (ret == 0)
128             printf("客户端主动关闭连接!!!\n");
129         close(sockfd);
130     }
131 
132     printf("不带循环的ET模式处理结束!!!\n");
133 }
134 
135 /* 处理epoll的返回结果 */
136 void epoll_process(int epollfd, struct epoll_event *events, int number, int sockfd, int epoll_type, int block_type)
137 {
138     struct sockaddr_in client_addr;
139     socklen_t client_addrlen;
140     int newfd, connfd;
141     int i;
142 
143     for (i = 0; i < number; i++)
144     {
145         newfd = events[i].data.fd;
146         if (newfd == sockfd)
147         {
148             printf("=================================新一轮accept()===================================\n");
149             printf("accept()开始...\n");
150 
151             /* 休眠3秒,模拟一个繁忙的服务器,不能立即处理accept连接 */
152             printf("开始休眠3秒...\n");
153             sleep(3);
154             printf("休眠3秒结束!!!\n");
155 
156             client_addrlen = sizeof(client_addr);
157             connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_addrlen);
158             printf("connfd = %d\n", connfd);
159 
160             /* 注册已链接的socket到epoll,并设置是LT还是ET,是阻塞还是非阻塞 */
161             addfd_to_epoll(epollfd, connfd, epoll_type, block_type);
162             printf("accept()结束!!!\n");
163         }
164         else if (events[i].events & EPOLLIN)
165         {
166             /* 可读事件处理流程 */
167 
168             if (epoll_type == EPOLL_LT)    
169             {
170                 printf("============================>水平触发开始...\n");
171                 epoll_lt(newfd);
172             }
173             else if (epoll_type == EPOLL_ET)
174             {
175                 printf("============================>边缘触发开始...\n");
176 
177                 /* 带循环的ET模式 */
178                 epoll_et_loop(newfd);
179 
180                 /* 不带循环的ET模式 */
181                 //epoll_et_nonloop(newfd);
182             }
183         }
184         else
185             printf("其他事件发生...\n");
186     }
187 }
188 
189 /* 出错处理 */
190 void err_exit(char *msg)
191 {
192     perror(msg);
193     exit(1);
194 }
195 
196 /* 创建socket */
197 int create_socket(const char *ip, const int port_number)
198 {
199     struct sockaddr_in server_addr;
200     int sockfd, reuse = 1;
201 
202     memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
203     server_addr.sin_family = AF_INET;
204     server_addr.sin_port = htons(port_number);
205 
206     if (inet_pton(PF_INET, ip, &server_addr.sin_addr) == -1)
207         err_exit("inet_pton() error");
208 
209     if ((sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
210         err_exit("socket() error");
211 
212     /* 设置复用socket地址 */
213     if (setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse)) == -1)
214         err_exit("setsockopt() error");
215 
216     if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1)
217         err_exit("bind() error");
218 
219     if (listen(sockfd, 5) == -1)
220         err_exit("listen() error");
221 
222     return sockfd;
223 }
224 
225 /* main函数 */
226 int main(int argc, const char *argv[])
227 {
228     if (argc < 3)
229     {
230         fprintf(stderr, "usage:%s ip_address port_number\n", argv[0]);
231         exit(1);
232     }
233 
234     int sockfd, epollfd, number;
235 
236     sockfd = create_socket(argv[1], atoi(argv[2]));
237     struct epoll_event events[MAX_EPOLL_EVENTS];
238 
239     /* linux内核2.6.27版的新函数,和epoll_create(int size)一样的功能,并去掉了无用的size参数 */
240     if ((epollfd = epoll_create1(0)) == -1)
241         err_exit("epoll_create1() error");
242 
243     /* 以下设置是针对监听的sockfd,当epoll_wait返回时,必定有事件发生,
244      * 所以这里我们忽略罕见的情况外设置阻塞IO没意义,我们设置为非阻塞IO */
245 
246     /* sockfd:非阻塞的LT模式 */
247     addfd_to_epoll(epollfd, sockfd, EPOLL_LT, FD_NONBLOCK);
248 
249     /* sockfd:非阻塞的ET模式 */
250     //addfd_to_epoll(epollfd, sockfd, EPOLL_ET, FD_NONBLOCK);
251 
252    
253     while (1)
254     {
255         number = epoll_wait(epollfd, events, MAX_EPOLL_EVENTS, -1);
256         if (number == -1)
257             err_exit("epoll_wait() error");
258         else
259         {
260             /* 以下的LT,ET,以及是否阻塞都是是针对accept()函数返回的文件描述符,即函数里面的connfd */
261 
262             /* connfd:阻塞的LT模式 */
263             epoll_process(epollfd, events, number, sockfd, EPOLL_LT, FD_BLOCK);
264 
265             /* connfd:非阻塞的LT模式 */
266             //epoll_process(epollfd, events, number, sockfd, EPOLL_LT, FD_NONBLOCK);
267 
268             /* connfd:阻塞的ET模式 */
269             //epoll_process(epollfd, events, number, sockfd, EPOLL_ET, FD_BLOCK);
270 
271             /* connfd:非阻塞的ET模式 */
272             //epoll_process(epollfd, events, number, sockfd, EPOLL_ET, FD_NONBLOCK);
273         }
274     }
275 
276     close(sockfd);
277     return 0;
278 }
复制代码

 

四.验证                                                                

1.验证水平触发的非阻塞sockfd,关键代码在247行。编译运行

 代码里面休眠了3秒,模拟繁忙服务器不能很快处理accept()请求。这里,我们开另一个终端快速用5个连接连到服务器:

 

我们再看看服务器的反映,可以看到5个终端连接都处理完成了,返回的新connfd依次为5,6,7,8,9:

 

上面测试完毕后,我们批量kill掉那5个客户端,方便后面的测试:

1 $:for i in {1..5};do kill %$i;done

 

2.边缘触发的非阻塞sockfd,我们注释掉247行的代码,放开250行的代码。编译运行后,用同样的方法,快速创建5个客户端连接,或者测试5个后再测试10个。再看服务器的反映,5个客户端只处理了2个。说明高并发时,会出现客户端连接不上的问题:

 

 

3.水平触发的阻塞connfd,我们先把sockfd改回到水平触发,注释250行的代码,放开247行。重点代码在263行。

编译运行后,用一个客户端连接,并发送1-9这几个数:

再看服务器的反映,可以看到水平触发触发了2次。因为我们代码里面设置的缓冲区是5字节,处理代码一次接收不完,水平触发一直触发,直到数据全部读取完毕:

 

4.水平触发的非阻塞connfd。注释263行的代码,放开266行的代码。同上面那样测试,我们可以看到服务器反馈的消息跟上面测试一样。这里我就不再截图。

5.边缘触发的阻塞connfd,注释其他测试代码,放开269行的代码。先测试不带循环的ET模式(即不循环读取数据,跟水平触发读取一样),注释178行的代码,放开181行的代码。

编译运行后,开启一个客户端连接,并发送1-9这几个数字,再看看服务器的反映,可以看到边缘触发只触发了一次,只读取了5个字节:

我们继续在刚才的客户端发送一个字符a,告诉epoll_wait(),有新的可读事件发生:

再看看服务器,服务器又触发了一次新的边缘触发,并继续读取上次没读完的6789加一个回车符:

这个时候,如果继续在刚刚的客户端再发送一个a,客户端这个时候就会读取上次没读完的a加上次的回车符,2个字节,还剩3个字节的缓冲区就可以读取本次的a加本次的回车符共4个字节:

我们可以看到,阻塞的边缘触发,如果不一次性读取一个事件上的数据,会干扰下一个事件!!!

 

接下来,我们就一次性读取数据,即带循环的ET模式。注意:我们这里测试的还是边缘触发的阻塞connfd,只是换个读取数据的方式。

注释181行代码,放开178的代码。编译运行,依然用一个客户端连接,发送1-9。看看服务器,可以看到数据全部读取完毕:

 

细心的朋友肯定发现了问题,程序没有输出"带循环的ET处理结束",是因为程序一直卡在了88行的recv()函数上,因为是阻塞IO,如果没数据可读,它会一直等在那里,直到有数据可读。如果这个时候,用另一个客户端去连接,服务器不能受理这个新的客户端!!!

 

6.边缘触发的非阻塞connfd,不带循环的ET测试同上面一样,数据不会读取完。这里我们就只需要测试带循环的ET处理,即正规的边缘触发用法。注释其他测试代码,放开272行代码。编译运行,用一个客户端连接,并发送1-9。再观测服务器的反映,可以看到数据全部读取完毕,处理函数也退出了,因为非阻塞IO如果没有数据可读时,会立即返回,并设置error,这里我们根据EAGAIN和EWOULDBLOCK来判断数据全部读取完毕了,可以退出循环了:

这个时候,我们用另一个客户端去连接,服务器依然可以正常接收请求:

 

五.总结                                                                  

1.对于监听的sockfd,最好使用水平触发模式,边缘触发模式会导致高并发情况下,有的客户端会连接不上。如果非要使用边缘触发,网上有的方案是用while来循环accept()。

2.对于读写的connfd,水平触发模式下,阻塞和非阻塞效果都一样,不过为了防止特殊情况,还是建议设置非阻塞。

3.对于读写的connfd,边缘触发模式下,必须使用非阻塞IO,并要一次性全部读写完数据。

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下载目录 https://github.com/OpenTSDB/opentsdb/releases https://github.com/OpenTSDB/opentsdb/releases/download/v2.4.0/opentsdb-2.4.0.noarch.rpm 安装 GnuPlot yum install gnuplot -y 直接安装OpenTSDB会报错 [rootecs-t-001-0001 openTSDB]# rpm -ivh opentsdb-2.…

leveldb使用指南

这篇文章是levelDB官方文档的译文&#xff0c;原文地址:LevelDB library documentation 这篇文章主要讲leveldb接口使用和注意事项。 leveldb是一个持久型的key-value数据库。key,value可以是任意的字节数组&#xff0c;key之间是有序的。key的比较函数可以由用户指定。 1. 打…

java中同步锁的原理和实现

接口 Lock 实现提供了比使用 synchronized 方法和语句可获得的更广泛的锁定操作。此实现允许更灵活的结构&#xff0c;可以具有差别很大的属性&#xff0c;可以支持多个相关的 Condition 对象。 锁是控制多个线程对共享资源进行访问的工具。通常&#xff0c;锁提供了对共享资…

HugeGraph 配置参数

gremlin-server.yaml 参数名称参数说明默认值scriptEvaluationTimeout查询超时时间&#xff0c;单位毫秒30000rest-server.properties 参数名称参数说明默认值restserver.max_worker_threads服务器最大工作线程2*cpurestserver.min_free_memory当服务器内存小于该值时&#x…

本地yum仓库以及网络版yum的私有仓库详细的安装配置

本地仓的配置 第一步&#xff1a;开启CD/DVD 设备&#xff0c;并且把centos镜像链接添加至设备中 第二步&#xff1a;创建一个 文件夹用来挂在 光驱文件 mkdir /mnt/cdrom &#xff08;通常约定挂载在/mnt目录下 &#xff09; 第三步&#xff1a;mount -t iso9660 -o ro /de…

LevelDB简述

转自&#xff1a;http://www.cnblogs.com/melons/p/5791855.html 既然开始了&#xff0c;哪有停下的道理&#xff0c;先了解一下Levedb的关荣历史、完美现在和光辉的未来&#xff1a; Leveldb: 1.Leveldb是一个google实现的非常高效的kv数据库&#xff0c;目前能够支持billion级…

HBase原理 – snapshot 快照

目录 snapshot&#xff08;快照&#xff09;基础原理 snapshot能实现什么功能&#xff1f; hbase snapshot用法大全 hbase snapshot分布式架构&#xff0d;两阶段提交 snapshot核心实现 clone_snapshot如何实现呢&#xff1f; 其他需要注意的 参考文献 更多信息可参考《…

linux如何自动化部署脚本实现免密登录并访问资源

任务把weijie主机jdk文件安装到weijie1中。 首先再各台主机中安装必要的命令&#xff1a; expect、wget、httpd、ssh 执行命令 如&#xff1a;expect提示命令不存在&#xff0c;则分别安装命令 yum install expect yum install wget yum install httpd yum install ssh 开…

比赛2016年暑假集训盲打首秀赛结果

4 53 2015计算机科学与技术1班 15111205046 鞠明杭 149 Fishing For Jasmine 75.50KPM 99.34% 149 2016-06-25 19:23:04 不及格&#xff0c;加强训练&#xff01;