LT模式与ET模式

1. 两种模式之间的差异

\(epoll\)对文件描述符的操作有两种模式：LT(\(Level\ Trigger\)，水平触发)模式和ET(\(Edge\ Trigger\)，边缘)模式。其中，LT模式是\(epoll\)的默认工作模式，而ET模式是\(epoll\)的高效工作模式。

• 采用LT工作模式时，当\(epoll\_wait\)检测到其上有事件发生并将此事件通知应用程序后，应用程序可以不立即处理该事件。这样，当应用程序下一次调用\(epoll\_wait\)时，\(epoll\)还会再次向应用程序通知此事件，直到该事件被处理完毕。
• 采用ET模式时，当\(epoll\_wait\)检测到其上有事件发生并将此事件通知应用程序后，应用程序必须立即处理该事件，因为后续的\(epoll\_wait\)调用将不再向应用程序通知这一事件。

因此，ET模式在很大程度上降低了同一个\(epoll\)事件被重复触发的次数，故效率要比LT模式高。

2. LT与ET模式的工作方式

2.1 LT_and_ET.h 头文件

#ifndef LT_AND_ET_H__
#define LT_AND_ET_H__

#define MAX_EVENT_NUMBER 1024
#define BUFSIZE 10

/* 将文件描述符设置为非阻塞的 */
static int setnonblocking(int fd);
/* 将文件描述符fd上的EPOLL注册到epollfd指示的epoll内核事件表中，参数enable_et指定是否对fd启用ET模式 */
static void addfd(int epollfd, int fd, int enable_et);
/* LT模式的工作流程 */
static void lt(struct epoll_event *events, int number, int epollfd, int listenfd); 
/* ET模式的工作流程 */
static void et(struct epoll_event *events, int number, int epollfd, int listenfd); 
#endif

2.2 LT_and_ET.c 源文件

/* LT_and_ET.c --- 描述LT | ET模式在工作方式上的差异 */
/* ET模式在很大程度上降低了同一个epoll事件被重复触发的次数，因此效率要比LT模式高 */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <libgen.h>
#include <assert.h>
#include <errno.h>

#include "LT_and_ET.h"

int main(int argc, char *argv[]){
    if (argc < 3) {
        fprintf(stderr, "Usage: %s <ip_address> <port_number>\n", basename(argv[0]));
        return 1;
    }
    const char *ip = argv[1];
    int port = atoi(argv[2]);
    struct sockaddr_in address;
    address.sin_family = AF_INET;
    inet_pton(AF_INET, ip, &address.sin_addr);
    address.sin_port = htons(port);

    int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    assert(sock >= 0);
    int ret = bind(sock, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address));
    assert(ret != -1);

    ret = listen(sock, 5);
    assert(ret != -1);

    struct epoll_event events[MAX_EVENT_NUMBER];
    int epollfd = epoll_create(10);
    assert(epollfd != -1);
    /* socket上有新的连接请求，可以认为是socket可读 
     * 启用ET模式，当epoll_wait检测到有事件发生并将此事件通知给应用程序
     * 应用程序必须立即处理该事件
    */
    addfd(epollfd, sock, 1);
    while (1) {
        int ret = epoll_wait(epollfd, events, MAX_EVENT_NUMBER, -1);
        if (ret < 0) {
            perror("epoll_wait()");
            break;
        }
        /* lt(events, ret, epollfd, sock); */  /* 使用LT模式 */
        et(events, ret, epollfd, sock);  /* 使用ET模式 */
    }
    close(sock);
    return 0;
}

/* 将文件描述符设置为非阻塞的 */
static int setnonblocking(int fd){
    int old_option = fcntl(fd, F_GETFL);
    int new_option = old_option | O_NONBLOCK;
    fcntl(fd, F_SETFL, new_option);
    return old_option;
}

/* 将文件描述符 fd 上的 EPOLL 注册到 epollfd 指示的 epoll 内核事件表中，参数 enable_et 指定是否对 fd 启用 ET 模式 */
static void addfd(int epollfd, int fd, int enable_et){
    struct epoll_event event;
    event.data.fd = fd;
    event.events = EPOLLIN;
    /* 是否启用ET模式 */
    if (enable_et) {
        event.events |= EPOLLET;
    }
    epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &event);
    /* 将文件描述符设置为非阻塞的 */
    setnonblocking(fd);
}

/* LT 模式的工作流程 */
static void lt(struct epoll_event *events, int number, int epollfd, int listenfd){
    char buf[BUFSIZE];
    for (int i = 0; i < number; ++i) {
        int sockfd = events[i].data.fd;
        if (sockfd == listenfd) {
            struct sockaddr_in client_address;
            socklen_t client_addrlength = sizeof(client_address);
            int connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&client_address, &client_addrlength);
            addfd(epollfd, connfd, 0);  /* 对connfd禁用ET模式 */
        } else if (events[i].events & EPOLLIN) {
            /* 只要socket读缓存中还有未读出的数据，这段代码就会被触发 */
            printf("level trigger once\n");
            memset(buf, '\0', BUFSIZE);
            int ret = recv(sockfd, buf, BUFSIZE - 1, 0);
            if (ret <= 0) {
                /* 要记得关闭文件描述符 */
                close(sockfd);
                continue;
            }
            printf("get %d bytes of content: %s\n", ret, buf);
        } else {
            printf("Something else happend\n");
        }
    }
}

/* ET 模式的工作流程 */
static void et(struct epoll_event *events, int number, int epollfd, int listenfd){
    char buf[BUFSIZE];
    for (int i = 0; i < number; ++i) {
        int sockfd = events[i].data.fd;
        if (sockfd == listenfd) {
            struct sockaddr_in client_address;
            socklen_t client_addrlength = sizeof(client_address);
            int connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&client_address, &client_addrlength);
            addfd(epollfd, connfd, 1);  /* 对connfd开启ET模式 */
        } else if (events[i].events & EPOLLIN) {
            /* 这段代码不会被重复触发，所以我们循环读取数据，以确保把socket读缓存中的所有数据读出 */
            printf("event trigger once\n");
            while (1) {
                memset(buf, '\0', BUFSIZE);
                int ret = recv(sockfd, buf, BUFSIZE - 1, 0);
                if (ret < 0) {
                    /* 对于非阻塞I/O，下面的条件成立则表示数据已经全部读取完毕。
                     * 此后epoll就能再次触发sockfd上的EPOLLIN事件，以驱动下一次读操作
                     */
                    if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK) {
                        printf("read later\n");
                        break;
                    }
                    close(sockfd);
                    break;
                } else if (ret == 0) {
                    /* 是不是会造成连续两次close(sockfd) ? */
                    close(sockfd);
                } else {
                    printf("get %d bytes of content: %s\n", ret, buf);
                }
            }
        } else {
            printf("Something else happend\n");
        }
    }
}

3. 编译运行

3.1 服务端

>$ gcc LT_and_ET.c -o LT_and_ET
>$ ./LT_and_ET 127.0.0.1 9000

3.2 客户端

>$ nc 127.0.0.1 9000 < test.html

test.html文件内容如下:

GET / HTTP/1.1
Host: hackr.jp
User-Agent: Moazilla/5.0

4. 实现效果

4.1 LT模式

4.2 ET模式