epoll（二）

epoll概念

epoll对文件描述符的操作方式有两种工作模式：LT模式(Level Trigger，水平触发) 和ET模式(Edge Trigger，边缘触发)。

• LT模式：当epoll_wait检测到其上有事件发生并将此事件通知应用程序后，应用程序可以不立即处理该事件，这样，当应用程序下一次调用epoll_wait时，epoll_wait还会向应用程序通告此事件，直到该事件被处理。
• ET模式：当epoll_wait检测到其上有事件发生并将此事件通知应用程序后，应用程序必须立即处理该事件，因为后续的epoll_wait调用将不在向应用程序通告此事件。

1. 水平触发
 对于读操作

• 只要缓冲内容不为空，LT模式返回读就绪。

 对于写操作

• 只要缓冲区还不满，LT模式会返回写就绪。

2. 边缘触发
 对于读操作

• 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。
• 当有新数据到达时，即缓冲区中的待读数据变多的时候。
• 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。

对于写操作

• 当缓冲区由不可写变为可写时。
• 当有旧数据被发送走，即缓冲区中的内容变少的时候。
• 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

1. 测试代码：

#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;
    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
");
        }
    }
}

输出结果：

分析：当用户输入一组字符，这组字符被送入缓冲区，因为缓冲区由空变成不空，所以ET返回读就绪，输出”hello world”。之后再次执行epoll_wait，但ET模式下只会通知应用进程一次，故导致epoll_wait阻塞。 如果用户再次输入一组字符，导致缓冲区内容增多，ET会再返回就绪，应用进程再次输出”hello world”。 如果将上面的代码中的event.events = EPOLLIN | EPOLLET;改成event.events = EPOLLIN;，即使用LT模式，则运行程序后，会一直输出hello world。

 2. 测试代码：

#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
");
            }
        }
    }
}

输出：

分析：

实验2中使用的是LT模式，则每次epoll_wait返回时我们都将缓冲区的数据读完，下次再调用epoll_wait时就会阻塞，直到下次再输入字符。 
如果将上面的程序改为每次只读一个字符，那么每次输入多少个字符，则会在屏幕中输出多少个“hello world”。

3. 测试代码：

#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;
    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
");
                event.data.fd = STDIN_FILENO;
                event.events = EPOLLIN | EPOLLET;
                epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_MOD, STDIN_FILENO, &event);
            }
        }
    }
}

输出结果：

对标准输入文件描述符使用ET模式进行监听。当我们输入任何输入并接下回车时，屏幕中会死循环输出”hello world”。

分析：

实验3使用ET模式，但是每次读就绪后都主动对描述符进行EPOLL_CTL_MOD 修改EPOLLIN事件，由上面的描述我们可以知道，会再次触发读就绪，这样就导致程序出现死循环，不断地在屏幕中输出”hello world”。但是，如果我们将EPOLL_CTL_MOD 改为EPOLL_CTL_ADD，则程序的运行将不会出现死循环的情况。

实验二

问题：

1.阻塞读数据（不用epoll），你说读到一半有新消息又来了怎么办？ 
2.非阻塞读数据（不用epoll），你说读到一半有新消息又来了怎么办？ 
3.epoll的ET模式时,如果数据只读了一半,也就是缓冲区的数据只读了一点,然后又来新事件了怎么办？

答案：

1：来了就来了呗，读就是了啊。可能我们一次读到两次发过来的消息。 
2：来了就来了呗，读就是了啊。可能我们一次读到两次发过来的消息。 
3：单线程/进程不会有任何问题，多进程/多线程我们只需要设置EPOLLONESHOT这个参数就好了

客户端代码：（下面四个示例都是同一个客户端）

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <strings.h>
#include <string.h>
#include <ctype.h>
#include <arpa/inet.h>

int main()
{
    int sock, n;
    sock= socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
    if(sock < 0)
        return 0;

    struct sockaddr_in servaddr;
    memset(&servaddr,0,sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port = htons(8888);
    servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");

    if(connect(sock,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) < 0)
        return 0;
    char *buf1 = "hello ";
    n = write(sock, buf1, strlen(buf1) + 1);
    printf("%d : buf = %s
", n, buf1);

    sleep(1);

    char *buf2 = "world ";
    n = write(sock,buf2,strlen(buf2) + 1);
    printf("%d : buf = %s
", n, buf2);

    sleep(2);

    char *buf3 = "陈明东";
    n = write(sock,buf3,strlen(buf3) + 1);
    printf("%d : buf = %s
", n, buf3);

    sleep(10);
    close(sock);
}

输出：

1. 服务端阻塞读：

nclude <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <strings.h>
#include <string.h>
#include <ctype.h>
#include <arpa/inet.h>

#define SERV_PORT 8888

int main(void)
{
    int sfd, cfd;
    int len, i;
    char buf[BUFSIZ], clie_IP[BUFSIZ];

    struct sockaddr_in serv_addr, clie_addr;
    socklen_t clie_addr_len;

    sfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    bzero(&serv_addr, sizeof(serv_addr));
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    serv_addr.sin_port = htons(SERV_PORT);

    bind(sfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr));

    listen(sfd, 64);
    printf("wait for client connect ...
");

    clie_addr_len = sizeof(clie_addr_len);
    cfd = accept(sfd, (struct sockaddr *)&clie_addr, &clie_addr_len);
    printf("client IP:%s	port:%d
",
        inet_ntop(AF_INET, &clie_addr.sin_addr.s_addr, clie_IP, sizeof(clie_IP)),
        ntohs(clie_addr.sin_port));

    while (1)
    {
        printf("sleep
");
        sleep(2);
        int len = read(cfd, buf, 1024);
        if (0 == len)
        {
            printf("客户端退出
");
            close(cfd);
            break;
        }
        /*把读到的数据打印出来*/
        printf("%d: ", len);
        for (int i = 0; i < len; ++i)
            printf("%c", buf[i]);
        printf("
");
    }
    close(sfd);
    return 0;
}

输出：

• 客户端

• 服务端

参考资料

• epoll 水平触发与边缘触发
• 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