IO多路复用的水平触发与边缘触发

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.

#include<stdio.h>  
#include<unistd.h>  
#include<sys/types.h>  
#include<sys/time.h>  
#include<sys/select.h>  
#include<string.h>  
#include<errno.h>  
  
int main(int argc, char *argv[])  
{  
    struct timeval timeout;  
    char buf[10];  
    fd_set readfds;  
    int nread, nfds, ready, fd;  
  
    while(1)  
    {  
        timeout.tv_sec = 20L;  
        timeout.tv_usec = 0;  
  
        fd = 0;     //stdin  
        nfds = fd + 1;  
        FD_ZERO(&readfds);  
        FD_SET(fd, &readfds);  
  
        ready = select(nfds, &readfds, NULL, NULL, &timeout);  
        if(ready == -1 && errno == EINTR)  
        {  
            continue;  
        }else if(ready == -1)  
        {  
            fprintf(stderr, "select error:%s
", strerror(errno));  
        }  
        for(fd = 0; fd < nfds; fd++)  
        {  
            if(FD_ISSET(fd, &readfds))  
            {  
                nread = read(fd, buf, 9);  
                buf[nread] = '';  
                puts(buf);  
            }  
        }  
    }  
  
    return 0;  
}

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.

cra@remoter:~/station$ ./t_select   
ni hao ma ,wo hen hao a ,ni ne ???  
ni hao ma  
 ,wo hen   
hao a ,ni  
 ne ???  
  
^C

 1 #include<stdio.h>  
 2 #include<unistd.h>  
 3 #include<string.h>  
 4 #include<errno.h>  
 5 #include<ctype.h>  
 6 #include<signal.h>  
 7 #include<fcntl.h>  
 8   
 9 static int g_fd;  
10   
11 static void sigio_handler(int signum)  
12 {  
13     char buf[8] = {0};  
14   
15     if(read(g_fd, buf, 7) < 0)  
16     {  
17         fprintf(stderr, "read error:%s
", strerror(errno));  
18     }else  
19     {  
20         printf("sigio recv:%s
", buf);  
21     }  
22 }  
23 int main(int argc, char *argv[])  
24 {  
25     struct sigaction act;  
26     int flags, i = 1, fds[2];  
27     pid_t pid;  
28   
29     if(pipe(fds) < 0)  
30     {  
31         fprintf(stderr, "pipe error:%s
", strerror(errno));  
32         return 1;  
33     }  
34     if((pid = fork()) > 0)  
35     {  
36         close(fds[1]);  
37         dup2(fds[0], g_fd);  
38   
39         sigemptyset(&act.sa_mask);  
40         act.sa_flags = SA_RESTART;  
41         act.sa_handler = sigio_handler;  
42         if(sigaction(SIGIO, &act, NULL) == -1)  
43         {  
44             fprintf(stderr, "sigaction error:%s
", strerror(errno));  
45             return 1;  
46         }  
47   
48         if(fcntl(g_fd, F_SETOWN, getpid()) == -1)  
49         {  
50             fprintf(stderr, "fcntl F_SETOWN error:%s
", strerror(errno));  
51             return 1;  
52         }  
53   
54         flags = fcntl(g_fd, F_GETFL);  
55         if(fcntl(g_fd, F_SETFL, flags | O_ASYNC | O_NONBLOCK) == -1)  
56         {  
57             fprintf(stderr, "fcntl F_GETFL error:%s
", strerror(errno));  
58             return 1;  
59         }  
60         while(1)  
61         {  
62             sleep(10);  
63         }  
64     }else  
65     {  
66         char buf[20] = {0};  
67         close(fds[0]);  
68         for(i = 0; i < 3; i++)  
69         {  
70             snprintf(buf, 20, "this is loop %d", i);  
71             write(fds[1], buf, strlen(buf));  
72             printf("loop %d
", i);  
73             sleep(3);  
74         }  
75     }  
76   
77     return 0;  
78 }

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

cra@remoter:~/station$ ./demo_sigio   
loop 0  
sigio recv:this is  
loop 1  
sigio recv: loop 0  
loop 2  
sigio recv:this is  
sigio recv: loop 1  
^C