epoll事件模型

事件模型

EPOLL事件有两种模型：

Edge Triggered (ET) 边缘触发只有数据到来才触发，不管缓存区中是否还有数据。

Level Triggered (LT) 水平触发只要有数据都会触发。

思考如下步骤：

1. 假定我们已经把一个用来从管道中读取数据的文件描述符(RFD)添加到epoll描述符。
2. 管道的另一端写入了2KB的数据
3. 调用epoll_wait，并且它会返回RFD，说明它已经准备好读取操作
4. 读取1KB的数据
5. 调用epoll_wait……

在这个过程中，有两种工作模式：

ET模式

ET模式即Edge Triggered工作模式。

如果我们在第1步将RFD添加到epoll描述符的时候使用了EPOLLET标志，那么在第5步调用epoll_wait之后将有可能会挂起，因为剩余的数据还存在于文件的输入缓冲区内，而且数据发出端还在等待一个针对已经发出数据的反馈信息。只有在监视的文件句柄上发生了某个事件的时候 ET 工作模式才会汇报事件。因此在第5步的时候，调用者可能会放弃等待仍在存在于文件输入缓冲区内的剩余数据。epoll工作在ET模式的时候，必须使用非阻塞套接口，以避免由于一个文件句柄的阻塞读/阻塞写操作把处理多个文件描述符的任务饿死。最好以下面的方式调用ET模式的epoll接口，在后面会介绍避免可能的缺陷。

1)      基于非阻塞文件句柄

2)      只有当read或者write返回EAGAIN(非阻塞读，暂时无数据)时才需要挂起、等待。但这并不是说每次read时都需要循环读，直到读到产生一个EAGAIN才认为此次事件处理完成，当read返回的读到的数据长度小于请求的数据长度时，就可以确定此时缓冲中已没有数据了，也就可以认为此事读事件已处理完成。

LT模式

LT模式即Level Triggered工作模式。

与ET模式不同的是，以LT方式调用epoll接口的时候，它就相当于一个速度比较快的poll，无论后面的数据是否被使用。

LT(level triggered)：LT是缺省的工作方式，并且同时支持block和no-block socket。在这种做法中，内核告诉你一个文件描述符是否就绪了，然后你可以对这个就绪的fd进行IO操作。如果你不作任何操作，内核还是会继续通知你的，所以，这种模式编程出错误可能性要小一点。传统的select/poll都是这种模型的代表。

ET(edge-triggered)：ET是高速工作方式，只支持no-block socket。在这种模式下，当描述符从未就绪变为就绪时，内核通过epoll告诉你。然后它会假设你知道文件描述符已经就绪，并且不会再为那个文件描述符发送更多的就绪通知。请注意，如果一直不对这个fd作IO操作(从而导致它再次变成未就绪)，内核不会发送更多的通知(only once).

实例一：

基于管道epoll ET触发模式

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

#define MAXLINE 10

int main(int argc, char *argv[])
{
    int efd, i;
    int pfd[];
    pid_t pid;
    char buf[MAXLINE], ch = 'a';

    pipe(pfd);
    pid = fork();
    if (pid == ) {
        close(pfd[]);
        while () {
            for (i = ; i < MAXLINE/; i++)
                buf[i] = ch;
            buf[i-] = '\n';
            ch++;

            for (; i < MAXLINE; i++)
                buf[i] = ch;
            buf[i-] = '\n';
            ch++;

            write(pfd[], buf, sizeof(buf));
            sleep();
        }
        close(pfd[]);
    } else if (pid > ) {
        struct epoll_event event;
        struct epoll_event resevent[];
        int res, len;
        close(pfd[]);

        efd = epoll_create();
        /* event.events = EPOLLIN; */
        event.events = EPOLLIN | EPOLLET;        /* ET 边沿触发 ，默认是水平触发 */
        event.data.fd = pfd[];
    epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_ADD, pfd[], &event);

        while () {
            res = epoll_wait(efd, resevent, , -);
            printf("res %d\n", res);
            if (resevent[].data.fd == pfd[]) {
                len = read(pfd[], buf, MAXLINE/);
                write(STDOUT_FILENO, buf, len);
            }
        }
        close(pfd[]);
        close(efd);
    } else {
        perror("fork");
        exit(-);
    }
    return ;
}

水平触发：

运行结果：

ubuntu1604@ubuntu:~/wangqinghe/linux/20190827$ ./et

res 1

aaaa

res 1

bbbb

res 1

cccc

res 1

dddd

res 1

eeee

res 1

ffff

^C

实例二：

基于网络C/S模型的epoll ET触发模式

server

/* server.c */
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <signal.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <unistd.h>

#define MAXLINE 10
#define SERV_PORT 8080

int main(void)
{
    struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;
    socklen_t cliaddr_len;
    int listenfd, connfd;
    char buf[MAXLINE];
    char str[INET_ADDRSTRLEN];
    int i, efd;

    listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, );

    bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);

    bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));

    listen(listenfd, );

    struct epoll_event event;
    struct epoll_event resevent[];
    int res, len;
    efd = epoll_create();
    event.events = EPOLLIN | EPOLLET;        /* ET 边沿触发 ，默认是水平触发 */

    printf("Accepting connections ...\n");
    cliaddr_len = sizeof(cliaddr);
    connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &cliaddr_len);
    printf("received from %s at PORT %d\n",
            inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr, str, sizeof(str)),
            ntohs(cliaddr.sin_port));

    event.data.fd = connfd;
    epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_ADD, connfd, &event);

    while () {
        res = epoll_wait(efd, resevent, , -);
        printf("res %d\n", res);
        if (resevent[].data.fd == connfd) {
            len = read(connfd, buf, MAXLINE/);
            write(STDOUT_FILENO, buf, len);
        }
    }
    return ;
}

client

/* client.c */
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <netinet/in.h>

#define MAXLINE 10
#define SERV_PORT 8080

int main(int argc, char *argv[])
{
    struct sockaddr_in servaddr;
    char buf[MAXLINE];
    int sockfd, i;
    char ch = 'a';

    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, );

    bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &servaddr.sin_addr);
    servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);

    connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));

    while () {
        for (i = ; i < MAXLINE/; i++)
            buf[i] = ch;
        buf[i-] = '\n';
        ch++;

        for (; i < MAXLINE; i++)
            buf[i] = ch;
        buf[i-] = '\n';
        ch++;

        write(sockfd, buf, sizeof(buf));
        sleep();
    }
    Close(sockfd);
    return ;
}

边沿触发：

运行结果：

ubuntu1604@ubuntu:~/wangqinghe/linux/20190827$ ./et

res 1

aaaa

res 1

bbbb

res 1

cccc

^C

实例三：

基于网络C/S非阻塞模型的epoll ET触发模式

server

/* server.c */
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>

#define MAXLINE 10
#define SERV_PORT 8080

int main(void)
{
    struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;
    socklen_t cliaddr_len;
    int listenfd, connfd;
    char buf[MAXLINE];
    char str[INET_ADDRSTRLEN];
    int i, efd, flag;

    listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, );

    bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);

    bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));

    listen(listenfd, );

    struct epoll_event event;
    struct epoll_event resevent[];
    int res, len;
    efd = epoll_create();
    /* event.events = EPOLLIN; */
    event.events = EPOLLIN | EPOLLET;        /* ET 边沿触发 ，默认是水平触发 */

    printf("Accepting connections ...\n");
    cliaddr_len = sizeof(cliaddr);
    connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &cliaddr_len);
    printf("received from %s at PORT %d\n",
            inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr, str, sizeof(str)),
            ntohs(cliaddr.sin_port));

    flag = fcntl(connfd, F_GETFL);
    flag |= O_NONBLOCK;
    fcntl(connfd, F_SETFL, flag);
    event.data.fd = connfd;
    epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_ADD, connfd, &event);

    while () {
        printf("epoll_wait begin\n");
        res = epoll_wait(efd, resevent, , -);
        printf("epoll_wait end res %d\n", res);

        if (resevent[].data.fd == connfd) {
            while ((len = read(connfd, buf, MAXLINE/)) > )
                write(STDOUT_FILENO, buf, len);
        }
    }
    return ;
}

client

/* client.c */
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <netinet/in.h>

#define MAXLINE 10
#define SERV_PORT 8080

int main(int argc, char *argv[])
{
    struct sockaddr_in servaddr;
    char buf[MAXLINE];
    int sockfd, i;
    char ch = 'a';

    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, );

    bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &servaddr.sin_addr);
    servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);

    connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));

    while () {
        for (i = ; i < MAXLINE/; i++)
            buf[i] = ch;
        buf[i-] = '\n';
        ch++;

        for (; i < MAXLINE; i++)
            buf[i] = ch;
        buf[i-] = '\n';
        ch++;

        write(sockfd, buf, sizeof(buf));
        sleep();
    }
    Close(sockfd);
    return ;
}