水平出发和边缘出发的区别

在linux的IO多路复用中有水平触发,边缘触发两种模式,这两种模式的区别如下:

    水平触发:如果文件描述符已经就绪可以非阻塞的执行IO操作了,此时会触发通知.允许在任意时刻重复检测IO的状态,没有必要每次描述符就绪后尽可能多的执行IO.select,poll就属于水平触发.

    边缘触发:如果文件描述符自上次状态改变后有新的IO活动到来,此时会触发通知.在收到一个IO事件通知后要尽可能多的执行IO操作,因为如果在一次通知中没有执行完IO那么就需要等到下一次新的IO活动到来才能获取到就绪的描述符.信号驱动式IO就属于边缘触发.

    epoll既可以采用水平触发,也可以采用边缘触发.

    大家可能还不能完全了解这两种模式的区别,我们可以举例说明:一个管道收到了1kb的数据,epoll会立即返回,此时读了512字节数据,然后再次调用epoll.这时如果是水平触发的,epoll会立即返回,因为有数据准备好了.如果是边缘触发的不会立即返回,因为此时虽然有数据可读但是已经触发了一次通知,在这次通知到现在还没有新的数据到来,直到有新的数据到来epoll才会返回,此时老的数据和新的数据都可以读取到(当然是需要这次你尽可能的多读取).

    下面我们还从电子的角度来解释一下:

    水平触发:也就是只有高电平(1)或低电平(0)时才触发通知,只要在这两种状态就能得到通知.上面提到的只要有数据可读(描述符就绪)那么水平触发的epoll就立即返回.

    边缘触发:只有电平发生变化(高电平到低电平,或者低电平到高电平)的时候才触发通知.上面提到即使有数据可读,但是没有新的IO活动到来,epoll也不会立即返回.

边缘触发(edge-triggered)ET: 每当状态变化时，触发一个事件。

“举个读socket的例子，假定经过长时间的沉默后，现在来了100个字节，这时无论边缘触发和条件触发都会产生一个read ready notification通知应用程序可读。应用程序读了50个字节，然后重新调用api等待io事件。这时水平触发的api会因为还有50个字节可读，从而立即返回用户一个read ready notification。而边缘触发的api会因为可读这个状态没有发生变化而陷入长期等待。因此在使用边缘触发的api时，要注意每次都要读到socket返回EWOULDBLOCK为止，否则这个socket就算废了。而使用条件触发的api 时，如果应用程序不需要写就不要关注socket可写的事件，否则就会无限次的立即返回一个write ready notification。大家常用的select就是属于水平触发这一类，长期关注socket写事件会出现CPU 100%的毛病。

1. /************************************************************************* 
2. > File Name: t_select.c 
3. > Author: liuxingen 
4. > Mail: liuxingen@nsfocus.com  
5. > Created Time: 2014年08月11日 星期一 21时22分32秒 
6. ************************************************************************/  
7.   
8. #include<stdio.h>  
9. #include<unistd.h>  
10. #include<sys/types.h>  
11. #include<sys/time.h>  
12. #include<sys/select.h>  
13. #include<string.h>  
14. #include<errno.h>  
15.   
16. int main(int argc, char *argv[])  
17. {  
18.     struct timeval timeout;  
19.     char buf[10];  
20.     fd_set readfds;  
21.     int nread, nfds, ready, fd;  
22.   
23.     while(1)  
24.     {  
25.         timeout.tv_sec = 20L;  
26.         timeout.tv_usec = 0;  
27.   
28.         fd = 0;     //stdin  
29.         nfds = fd + 1;  
30.         FD_ZERO(&readfds);  
31.         FD_SET(fd, &readfds);  
32.   
33.         ready = select(nfds, &readfds, NULL, NULL, &timeout);  
34.         if(ready == -1 && errno == EINTR)  
35.         {  
36.             continue;  
37.         }else if(ready == -1)  
38.         {  
39.             fprintf(stderr, "select error:%s ", strerror(errno));  
40.         }  
41.         for(fd = 0; fd < nfds; fd++)  
42.         {  
43.             if(FD_ISSET(fd, &readfds))  
44.             {  
45.                 nread = read(fd, buf, 9);  
46.                 buf[nread] = '';  
47.                 puts(buf);  
48.             }  
49.         }  
50.     }  
51.   
52.     return 0;  
53. }  

    上面的示例中每次最多读取9个字节,当我们一次输入了20个字节那么分三次调用select,每次都能立即读取到数据,这也就证明了水平触发中只要数据准备好了那么select都会立即返回.

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1. lxg@remoter:~/station$ ./t_select   
2. ni hao ma ,wo hen hao a ,ni ne ???  
3. ni hao ma  
4.  ,wo hen   
5. hao a ,ni  
6.  ne ???  
7.   
8. ^C  

[cpp] view plaincopy

1. /************************************************************************* 
2. > File Name: demo_sigio.c 
3. > Author: liuxingen 
4. > Mail: liuxingen@nsfocus.com  
5. > Created Time: 2014年08月14日 星期四 21时32分03秒 
6. ************************************************************************/  
7.   
8. #include<stdio.h>  
9. #include<unistd.h>  
10. #include<string.h>  
11. #include<errno.h>  
12. #include<ctype.h>  
13. #include<signal.h>  
14. #include<fcntl.h>  
15.   
16. static int g_fd;  
17.   
18. static void sigio_handler(int signum)  
19. {  
20.     char buf[8] = {0};  
21.   
22.     if(read(g_fd, buf, 7) < 0)  
23.     {  
24.         fprintf(stderr, "read error:%s ", strerror(errno));  
25.     }else  
26.     {  
27.         printf("sigio recv:%s ", buf);  
28.     }  
29. }  
30. int main(int argc, char *argv[])  
31. {  
32.     struct sigaction act;  
33.     int flags, i = 1, fds[2];  
34.     pid_t pid;  
35.   
36.     if(pipe(fds) < 0)  
37.     {  
38.         fprintf(stderr, "pipe error:%s ", strerror(errno));  
39.         return 1;  
40.     }  
41.     if((pid = fork()) > 0)  
42.     {  
43.         close(fds[1]);  
44.         dup2(fds[0], g_fd);  
45.   
46.         sigemptyset(&act.sa_mask);  
47.         act.sa_flags = SA_RESTART;  
48.         act.sa_handler = sigio_handler;  
49.         if(sigaction(SIGIO, &act, NULL) == -1)  
50.         {  
51.             fprintf(stderr, "sigaction error:%s ", strerror(errno));  
52.             return 1;  
53.         }  
54.   
55.         if(fcntl(g_fd, F_SETOWN, getpid()) == -1)  
56.         {  
57.             fprintf(stderr, "fcntl F_SETOWN error:%s ", strerror(errno));  
58.             return 1;  
59.         }  
60.   
61.         flags = fcntl(g_fd, F_GETFL);  
62.         if(fcntl(g_fd, F_SETFL, flags | O_ASYNC | O_NONBLOCK) == -1)  
63.         {  
64.             fprintf(stderr, "fcntl F_GETFL error:%s ", strerror(errno));  
65.             return 1;  
66.         }  
67.         while(1)  
68.         {  
69.             sleep(10);  
70.         }  
71.     }else  
72.     {  
73.         char buf[20] = {0};  
74.         close(fds[0]);  
75.         for(i = 0; i < 3; i++)  
76.         {  
77.             snprintf(buf, 20, "this is loop %d", i);  
78.             write(fds[1], buf, strlen(buf));  
79.             printf("loop %d ", i);  
80.             sleep(3);  
81.         }  
82.     }  
83.   
84.     return 0;  
85. }  

    因为信号驱动IO属于边缘触发,所以上面以信号驱动来举例.从下面的输出可以得知:我们一次写入14个字节,但是一次我们每次只读取7字节,除非等到下一次数据写入不然不会再触发SIGIO信号,并且上一次未读完的数据会在下次继续被读取.

[plain] view plaincopy

1. lxg@remoter:~/station$ ./demo_sigio   
2. loop 0  
3. sigio recv:this is  
4. loop 1  
5. sigio recv: loop 0  
6. loop 2  
7. sigio recv:this is  
8. sigio recv: loop 1  
9. ^C