epoll的两种模式详解

本文转自：http://blog.csdn.net/tianmohust/article/details/8502387

EPOLL事件有两种模型 Level Triggered (LT) 和 Edge Triggered (ET)：

LT(level triggered，水平触发模式)是缺省的工作方式，并且同时支持 block 和 non-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。

ET(edge-triggered，边缘触发模式)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，等到下次有新的数据进来的时候才会再次出发就绪事件。

epoll的LT和ET的区别

LT：水平触发，效率会低于ET触发，尤其在大并发，大流量的情况下。但是LT对代码编写要求比较低，不容易出现问题。LT模式服务编写上的表现是：只要有数据没有被获取，内核就不断通知你，因此不用担心事件丢失的情况。
ET：边缘触发，效率非常高，在并发，大流量的情况下，会比LT少很多epoll的系统调用，因此效率高。但是对编程要求高，需要细致的处理每个请求，否则容易发生丢失事件的情况。
下面举一个列子来说明LT和ET的区别（都是非阻塞模式，阻塞就不说了，效率太低）：
采用LT模式下， 如果accept调用有返回就可以马上建立当前这个连接了，再epoll_wait等待下次通知，和select一样。
但是对于ET而言，如果accpet调用有返回，除了建立当前这个连接外，不能马上就epoll_wait还需要继续循环accpet，直到返回-1，且errno==EAGAIN，TAF里面的示例代码：

[cpp] view plaincopy

1. if(ev.events & EPOLLIN)  
2. {  
3.     do  
4.     {  
5.         struct sockaddr_in stSockAddr;  
6.         socklen_t iSockAddrSize = sizeof(sockaddr_in);  
7.         TC_Socket cs;  
8.         cs.setOwner(false);  
9.         //接收连接  
10.         TC_Socket s;  
11.         s.init(fd, false, AF_INET);  
12.         int iRetCode = s.accept(cs, (struct sockaddr *) &stSockAddr, iSockAddrSize);  
13.         if (iRetCode > 0)  
14.         {  
15.             …建立连接  
16.         }  
17.         else  
18.         {  
19.             //直到发生EAGAIN才不继续accept  
20.             if(errno == EAGAIN)  
21.             {  
22.                 break;  
23.             }  
24.         }  
25.     }while(true);  
26. }  

同样，recv/send等函数， 都需要到errno==EAGAIN

从本质上讲：与LT相比，ET模型是通过减少系统调用来达到提高并行效率的。

epoll ET详解

ET模型的逻辑：内核的读buffer有内核态主动变化时，内核会通知你， 无需再去mod。写事件是给用户使用的，最开始add之后，内核都不会通知你了，你可以强制写数据（直到EAGAIN或者实际字节数小于 需要写的字节数），当然你可以主动mod OUT，此时如果句柄可以写了（send buffer有空间），内核就通知你。
这里内核态主动的意思是：内核从网络接收了数据放入了读buffer（会通知用户IN事件，即用户可以recv数据）
并且这种通知只会通知一次，如果这次处理（recv）没有到刚才说的两种情况（EAGIN或者实际字节数小于 需要读写的字节数），则该事件会被丢弃，直到下次buffer发生变化。
与LT的差别就在这里体现，LT在这种情况下，事件不会丢弃，而是只要读buffer里面有数据可以让用户读，则不断的通知你。

另外对于ET而言，当然也不一定非send/recv到前面所述的结束条件才结束，用户可以自己随时控制，即用户可以在自己认为合适的时候去设置IN和OUT事件：
1 如果用户主动epoll_mod OUT事件，此时只要该句柄可以发送数据（发送buffer不满），则epoll
_wait就会响应（有时候采用该机制通知epoll_wai醒过来）。
2 如果用户主动epoll_mod IN事件，只要该句柄还有数据可以读，则epoll_wait会响应。
这种逻辑在普通的服务里面都不需要，可能在某些特殊的情况需要。 但是请注意，如果每次调用的时候都去epoll mod将显著降低效率，已经吃过几次亏了！

因此采用et写服务框架的时候，最简单的处理就是：
建立连接的时候epoll_add IN和OUT事件， 后面就不需要管了
每次read/write的时候，到两种情况下结束：
1 发生EAGAIN
2 read/write的实际字节数小于 需要读写的字节数
对于第二点需要注意两点：
A：如果是UDP服务，处理就不完全是这样，必须要recv到发生EAGAIN为止，否则就丢失事件了
因为UDP和TCP不同，是有边界的，每次接收一定是一个完整的UDP包，当然recv的buffer需要至少大于一个UDP包的大小
随便再说一下，一个UDP包到底应该多大？
对于internet，由于MTU的限制，UDP包的大小不要超过576个字节，否则容易被分包，对于公司的IDC环境，建议不要超过1472，否则也比较容易分包。

B 如果发送方发送完数据以后，就close连接，这个时候如果recv到数据是实际字节数小于读写字节数，根据开始所述就认为到EAGIN了从而直接返回，等待下一次事件，这样是有问题的，close事件丢失了！
因此如果依赖这种关闭逻辑的服务，必须接收数据到EAGIN为止，例如lb。

补充：

epoll的两种模式详解：

从man手册中，得到ET和LT的具体描述如下 

EPOLL事件有两种模型： 
Edge Triggered (ET) 
Level Triggered (LT)

假如有这样一个例子： 
1. 我们已经把一个用来从管道中读取数据的文件句柄(RFD)添加到epoll描述符 
2. 这个时候从管道的另一端被写入了2KB的数据 
3. 调用epoll_wait(2)，并且它会返回RFD，说明它已经准备好读取操作 
4. 然后我们读取了1KB的数据 
5. 调用epoll_wait(2)...... 

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(2)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。在上面的例子中，会有一个事件产生在RFD句柄 上，因为在第2步执行了一个写操作，然后，事件将会在第3步被销毁。因为第4步的读取操作没有读空文件输入缓冲区内的数据，因此我们在第5步调用 epoll_wait(2)完成后，是否挂起是不确定的。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。 
   i    基于非阻塞文件句柄 
   ii   只有当read(2)或者write(2)返回EAGAIN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。 

Level Triggered 工作模式 
相 反的，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(2)，并且无论后面的数据是否被使用，因此他们具有同样的职能。因为即 使使用ET模式的epoll，在收到多个chunk的数据的时候仍然会产生多个事件。调用者可以设定EPOLLONESHOT标志，在 epoll_wait(2)收到事件后epoll会与事件关联的文件句柄从epoll描述符中禁止掉。因此当EPOLLONESHOT设定后，使用带有 EPOLL_CTL_MOD标志的epoll_ctl(2)处理文件句柄就成为调用者必须作的事情。 

然后详细解释ET, LT: 

LT(level triggered)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) 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，直到你做了某些操作导致那个文件描述符不再为就绪状态了(比如，你在发送，接收或者接收请求，或者发送接收的数据少于一定量时导致 了一个EWOULDBLOCK 错误）。但是请注意，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),不过在TCP协议中，ET模式的加速效用仍需要更多的benchmark确认（这句话不理解）。 

在 许多测试中我们会看到如果没有大量的idle -connection或者dead-connection，epoll的效率并不会比select/poll高很多，但是当我们遇到大量的idle- connection(例如WAN环境中存在大量的慢速连接)，就会发现epoll的效率大大高于select/poll。（未测试） 

另外，当使用epoll的ET模型来工作时，当产生了一个EPOLLIN事件后， 
读数据的时候需要考虑的是当recv()返回的大小如果等于请求的大小，那么很有可能是缓冲区还有数据未读完，也意味着该次事件还没有处理完，所以还需要再次读取： 
while(rs) 
{ 
buflen = recv(activeevents[i].data.fd, buf, sizeof(buf), 0); 
if(buflen < 0) 
{ 
    // 由于是非阻塞的模式,所以当errno为EAGAIN时,表示当前缓冲区已无数据可读 
    // 在这里就当作是该次事件已处理处. 
    if(errno == EAGAIN) 
     break; 
    else 
     return; 
   } 
   else if(buflen == 0) 
   { 
     // 这里表示对端的socket已正常关闭. 
   } 
   if(buflen == sizeof(buf) 
     rs = 1;   // 需要再次读取 
   else 
     rs = 0; 
} 

还 有，假如发送端流量大于接收端的流量(意思是epoll所在的程序读比转发的socket要快),由于是非阻塞的socket,那么send()函数虽然 返回,但实际缓冲区的数据并未真正发给接收端,这样不断的读和发，当缓冲区满后会产生EAGAIN错误(参考man send),同时,不理会这次请求发送的数据.所以,需要封装socket_send()的函数用来处理这种情况,该函数会尽量将数据写完再返回，返回- 1表示出错。在socket_send()内部,当写缓冲已满(send()返回-1,且errno为EAGAIN),那么会等待后再重试.这种方式并不 很完美,在理论上可能会长时间的阻塞在socket_send()内部,但暂没有更好的办法. 

ssize_t socket_send(int sockfd, const char* buffer, size_t buflen) 
{ 
ssize_t tmp; 
size_t total = buflen; 
const char *p = buffer; 


while(1) 
{ 
    tmp = send(sockfd, p, total, 0); 
    if(tmp < 0) 
    { 
      // 当send收到信号时,可以继续写,但这里返回-1. 
      if(errno == EINTR) 
        return -1; 


      // 当socket是非阻塞时,如返回此错误,表示写缓冲队列已满, 
      // 在这里做延时后再重试. 
      if(errno == EAGAIN) 
      { 
        usleep(1000); 
        continue; 
      } 


      return -1; 
    } 


    if((size_t)tmp == total) 
      return buflen; 


    total -= tmp; 
    p += tmp; 
} 


return tmp; 
} 


ssize_t socket_send(int sockfd, const char* buffer, size_t buflen) 
{ 
ssize_t tmp; 
size_t total = buflen; 
const char *p = buffer; 


while(1) 
{ 
    tmp = send(sockfd, p, total, 0); 
    if(tmp < 0) 
    { 
      // 当send收到信号时,可以继续写,但这里返回-1. 
      if(errno == EINTR) 
        return -1; 


      // 当socket是非阻塞时,如返回此错误,表示写缓冲队列已满, 
      // 在这里做延时后再重试. 
      if(errno == EAGAIN) 
      { 
        usleep(1000); 
        continue; 
      } 


      return -1; 
    } 


    if((size_t)tmp == total) 
      return buflen; 


    total -= tmp; 
    p += tmp; 
} 


return tmp; 
}