多路复用利器epoll的水平触发和边缘触发

72 阅读 0 评论 48 点赞

我是靠谱客的博主冷静云朵，最近开发中收集的这篇文章主要介绍多路复用利器epoll的水平触发和边缘触发，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

本篇是多路复用的第五篇，主要来讲解epoll的水平触发和边缘触发是怎么回事。

一、概念介绍

EPOLL事件有两种模型，水平出发和边缘触发，如下所示：

1. Level Triggered (LT) 水平触发

1. socket接收缓冲区不为空 有数据可读 读事件一直触发
2. socket发送缓冲区不满 可以继续写入数据 写事件一直触发
备注：符合思维习惯，epoll_wait返回的事件就是socket的状态

例子介绍：

1. accept一个连接，添加到epoll中监听EPOLLIN事件
2. 当EPOLLIN事件到达时，read fd中的数据并处理
3. 当需要写出数据时，把数据write到fd中；
如果数据较大，无法一次性写出，那么在epoll中监听EPOLLOUT事件
4. 当EPOLLOUT事件到达时，继续把数据write到fd中；
如果数据写出完毕，那么在epoll中关闭EPOLLOUT事件

2. Edge Triggered (ET) 边沿触发

1. socket的接收缓冲区状态变化时触发读事件，即空的接收缓冲区刚接收到数据时触发读事件
2. socket的发送缓冲区状态变化时触发写事件，即满的缓冲区刚空出空间时触发读事件
备注：仅在状态变化时触发事件

例子介绍：

1. accept一个一个连接，添加到epoll中监听EPOLLIN|EPOLLOUT事件
2. 当EPOLLIN事件到达时，read fd中的数据并处理，read需要一直读，直到返回EAGAIN为止
3. 当需要写出数据时，把数据write到fd中，直到数据全部写完，或者write返回EAGAIN
4. 当EPOLLOUT事件到达时，继续把数据write到fd中，直到数据全部写完，或者write返回EAGAIN

3.LT和ET两者比较：

1. 从ET的处理过程中可以看到，ET的要求是需要一直读写，直到返回EAGAIN，否则就会遗漏事件。
ET的编程可以做到更加简洁，某些场景下更加高效，但另一方面容易遗漏事件，容易产生bug。
2. LT的处理过程中，直到返回EAGAIN不是硬性要求，但通常的处理过程都会读写直到返回EAGAIN，
但LT比ET多了一个开关EPOLLOUT事件的步骤。
LT的编程与poll/select接近，符合一直以来的习惯，不易出错。

二、内核调度实现方式

在epoll_wait的时候，阻塞等待事件发生，事件发生时通过回调挂到ready list链表中
epoll_wait返回，处理ready list, 返回事件给调用者
此时ET模式已经将事件从ready list中删除，LT模式中还存在
此时假设应用程序处理完了事件，再次epoll_wait. ET模式继续阻塞
LT模式由于ready list中依然存在事件则不会阻塞，对这些socket调用poll方法获取最新的事件信息，如果确认没事件了才会删除。

三、水平触发和边缘触发的常见问题

1. 水平触发的问题：不必要的唤醒

内核：收到一个新建连接的请求
内核：由于 “惊群效应” ，唤醒两个正在 epoll_wait() 的线程 A 和线程 B
线程A：epoll_wait() 返回
线程B：epoll_wait() 返回
线程A：执行 accept() 并且成功
线程B：执行 accept() 失败，accept() 返回 EAGAIN

2. 边缘触发的问题：不必要的唤醒以及饥饿

1）不必要的唤醒：

1.内核：收到第一个连接请求。线程 A 和 线程 B 两个线程都在 epoll_wait() 上等待。
由于采用边缘触发模式，所以只有一个线程会收到通知。这里假定线程 A 收到通知
2.线程A：epoll_wait() 返回
3.线程A：调用 accpet() 并且成功
4.内核：此时 accept queue 为空，所以将边缘触发的 socket 的状态从可读置成不可读
5.内核：收到第二个建连请求
6.内核：此时，由于线程 A 还在执行 accept() 处理，只剩下线程 B 在等待 epoll_wait()，
于是唤醒线程 B。
7.线程A：继续执行 accept() 直到返回 EAGAIN
8.线程B：执行 accept()，并返回 EAGAIN，此时线程 B 可能有点困惑(“明明通知我有事件，结果却返回 EAGAIN”)
9.线程A：再次执行 accept()，这次终于返回 EAGAIN

2）饥饿：

1.内核：接收到两个建连请求。线程 A 和 线程 B 两个线程都在等在 epoll_wait()。
由于采用边缘触发模式，只有一个线程会被唤醒，我们这里假定线程 A 先被唤醒
2.线程A：epoll_wait() 返回
3.线程A：调用 accpet() 并且成功
4.内核：收到第三个建连请求。由于线程 A 还没有处理完(没有返回 EAGAIN)，
当前 socket 还处于可读的状态，由于是边缘触发模式，所有不会产生新的事件
5.线程A：继续执行 accept() 希望返回 EAGAIN 再进入 epoll_wait() 等待，
然而它又 accept() 成功并处理了一个新连接
6.内核：又收到了第四个建连请求
7.线程A：又继续执行 accept()，结果又返回成功

参考文档：

https://blog.csdn.net/dongfuye/article/details/50880251

https://www.zhihu.com/question/20502870

https://blog.lucode.net/linux/epoll-tutorial.html

https://plantegg.github.io/2019/12/09/epoll%E7%9A%84LT%E5%92%8CET/