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

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.

[plain] view plaincopy

1. [email protected]:~/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. ^C

[cpp] view plaincopy

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

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.

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1. [email protected]:~/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