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  • epoll 水平触发 边沿触发
    2020-12-22 06:38:54

    http://www.cppfans.org/1417.html

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

    现如今,网络通讯中用epoll(linux)和IOCP(windows)几乎是大家津津乐道的东西,不为别的,就因为高效,所以大家喜欢用。IOCP的基础东西已经讲过了,可翻阅《IOCP浅析》 《IOCP浅析[二]——IOCP出现的意义和函数接口》.

    epoll是Linux下多路复用IO接口select/poll的增强版本,它能显著提高程序在大量并发连接中只有少量活跃的情况下的系统CPU利用率,因为它会复用文件描述符集 合来传递结果而不用迫使开发者每次等待事件之前都必须重新准备要被侦听的文件描述符集合,另一点原因就是获取事件的时候,它无须遍历整个被侦听的描述符 集,只要遍历那些被内核IO事件异步唤醒而加入Ready队列的描述符集合就行了。epoll除了提供select/poll那种IO事件的电平触发 (Level Triggered)外,还提供了边沿触发(Edge Triggered),这就使得用户空间程序有可能缓存IO状态,减少epoll_wait/epoll_pwait的调用,提高应用程序效率。Linux2.6内核中对/dev/epoll设备的访问的封装(system epoll)。

    这个使我们开发网络应用程序更加简单,并且更加高效。

    为什么要使用epoll?

    同样,我们在linux系统下,影响效率的依然是I/O操作,linux提供给我们select/poll/epoll等多路复用I/O方式(kqueue暂时没研究过),为什么我们对epoll情有独钟呢?原因如下:

    1.文件描述符数量的对比。

    epoll并没有fd(文件描述符)的上限,它只跟系统内存有关,我的2G的ubuntu下查看是20480个,轻松支持20W个fd。可使用如下命令查看:

    cat /proc/sys/fs/file-max

    再来看select/poll,有一个限定的fd的数量,linux/posix_types.h头文件中

    #define __FD_SETSIZE    1024

    2.效率对比。

    当然了,你可以修改上述值,然后重新编译内核,然后再次写代码,这也是没问题的,不过我先说说select/poll的机制,估计你马上会作废上面修改枚举值的想法。

    select/poll会因为监听fd的数量而导致效率低下,因为它是轮询所有fd,有数据就处理,没数据就跳过,所以fd的数量会降低效率;而epoll只处理就绪的fd,它有一个就绪设备的队列,每次只轮询该队列的数据,然后进行处理。(先简单讲一下,第二篇还会详细讲解)

    3.内存处理方式对比。

    不管是哪种I/O机制,都无法避免fd在操作过程中拷贝的问题,而epoll使用了mmap(是指文件/对象的内存映射,被映射到多个内存页上),所以同一块内存就可以避免这个问题。

    btw:TCP/IP协议栈使用内存池管理sk_buff结构,你还可以通过修改内存池pool的大小,毕竟linux支持各种微调内核。

    epoll的工作方式

    epoll分为两种工作方式LT和ET。

    LT(level triggered) 是默认/缺省的工作方式,同时支持 block和no_block socket。这种工作方式下,内核会通知你一个fd是否就绪,然后才可以对这个就绪的fd进行I/O操作。就算你没有任何操作,系统还是会继续提示fd已经就绪,不过这种工作方式出错会比较小,传统的select/poll就是这种工作方式的代表。

    ET(edge-triggered) 是高速工作方式,仅支持no_block socket,这种工作方式下,当fd从未就绪变为就绪时,内核会通知fd已经就绪,并且内核认为你知道该fd已经就绪,不会再次通知了,除非因为某些操作导致fd就绪状态发生变化。如果一直不对这个fd进行I/O操作,导致fd变为未就绪时,内核同样不会发送更多的通知,因为only once。所以这种方式下,出错率比较高,需要增加一些检测程序。

    LT可以理解为水平触发,只要有数据可以读,不管怎样都会通知。而ET为边缘触发,只有状态发生变化时才会通知,可以理解为电平变化。

    如何使用epoll?

    使用epoll很简单,只需要

    #include

    有三个关键函数:

    int epoll_create(int size);

    int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_events* event);

    int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event* events, int maxevents, int timeout);

    当然了,不要忘记关闭函数.

    ============分割线==============

    这篇就讲到这里了,下面两篇主要是函数介绍,效率分析,例子。

    前一篇大致讲了一下epoll是个什么东西,优点等内容,这篇延续上一篇的内容,主要是分析epoll的函数,epoll高性能的深入分析。

    epoll的三大函数

    1.创建epoll fd函数

    int epoll_create(int size);

    epoll_create()创建一个epoll的事例,通知内核需要监听size个fd。size指的并不是最大的后备存储设备,而是衡量内核内部结构大小的一个提示。当创建成功后,会占用一个fd,所以记得在使用完之后调用close(),否则fd可能会被耗尽。

    Note:自从Linux2.6.8版本以后,size值其实是没什么用的,不过要大于0,因为内核可以动态的分配大小,所以不需要size这个提示了。

    创建还有另外一个函数

    int epoll_create1(int flag);

    这个函数是在linux 2.6.27中加入的,当你在看陈硕的muduo时可以看到这个函数,其实它和epoll_create差不多,不同的是epoll_create1函数的参数是flag,当flag是0时,表示和epoll_create函数完全一样,不需要size的提示了。

    当flag = EPOLL_CLOEXEC,创建的epfd会设置FD_CLOEXEC

    当flag = EPOLL_NONBLOCK,创建的epfd会设置为非阻塞

    一般用法都是使用EPOLL_CLOEXEC.

    Note:关于FD_CLOEXEC,现在网上好多都说的有点问题,我翻阅了一些资料,请教了一些人,大约明白它的意思了。

    它是fd的一个标识说明,用来设置文件close-on-exec状态的。当close-on-exec状态为0时,调用exec时,fd不会被关闭;状态非零时则会被关闭,这样做可以防止fd泄露给执行exec后的进程。关于exec的用法,大家可以去自己查阅下,或者直接man exec。

    2.epoll事件的注册函数

    int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event* event);

    select是在监听时告诉内核要监听的事件,而epoll_ctl是先注册需要监听的事件。

    第一个参数epfd,为epoll_create返回的的epoll fd。

    第二个参数op表示操作值。有三个操作类型,

    EPOLL_CTL_ADD  // 注册目标fd到epfd中,同时关联内部event到fd上

    EPOLL_CTL_MOD // 修改已经注册到fd的监听事件

    EPOLL_CTL_DEL // 从epfd中删除/移除已注册的fd,event可以被忽略,也可以为NULL

    第三个参数fd表示需要监听的fd。

    第四个参数event表示需要监听的事件。

    typedef union epoll_data {

    void        *ptr;

    int          fd;

    uint32_t     u32;

    uint64_t     u64;

    } epoll_data_t;

    struct epoll_event {

    uint32_t     events;      /* Epoll events */

    epoll_data_t data;        /* User data variable */

    };

    event参数是一个枚举的集合,可以用” | “来增加事件类型,枚举如下:

    EPOLLIN:表示关联的fd可以进行读操作了。

    EPOLLOUT:表示关联的fd可以进行写操作了。

    EPOLLRDHUP(since Linux 2.6.17):表示套接字关闭了连接,或者关闭了正写一半的连接。

    EPOLLPRI:表示关联的fd有紧急优先事件可以进行读操作了。

    EPOLLERR:表示关联的fd发生了错误,epoll_wait会一直等待这个事件,所以一般没必要设置这个属性。

    EPOLLHUP:表示关联的fd挂起了,epoll_wait会一直等待这个事件,所以一般没必要设置这个属性。

    EPOLLET:设置关联的fd为ET的工作方式,epoll的默认工作方式是LT。

    EPOLLONESHOT (since Linux 2.6.2):设置关联的fd为one-shot的工作方式。表示只监听一次事件,如果要再次监听,需要把socket放入到epoll队列中。

    3.epoll等待事件函数

    int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);

    int epoll_pwait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout,  const sigset_t *sigmask);

    上面两个函数的参数含义:

    第一个参数:表示epoll_wait等待epfd上的事件

    第二个参数:events指针携带有epoll_data_t数据

    第三个参数:maxevents告诉内核events有多大,该值必须大于0

    第四个参数:timeout表示超时时间(单位:毫秒)

    epoll_pwait(since linux 2.6.19)允许一个应用程序安全的等待,直到fd设备准备就绪,或者捕获到一个信号量。其中sigmask表示要捕获的信号量。

    函数如果等待成功,则返回fd的数字;0表示等待fd超时,其他错误号请查看errno

    函数到这里就讲完了,下一篇会写一个例子给大家看下这些函数是如何使用的。

    ============

    epoll支持水平触发和边缘触发,理论上来说边缘触发性能更高,但是使用更加复杂,因为任何意外的丢失事件都会造成请求处理错误。Nginx就使用了epoll的边缘触发模型。

    这里提一下水平触发和边缘触发就绪通知的区别,这两个词来源于计算机硬件设计。它们的区别是只要句柄满足某种状态,水平触发就会发出通知;而只有当句柄状态改变时,边缘触发才会发出通知。例如一个socket经过长时间等待后接收到一段100k的数据,两种触发方式都会向程序发出就绪通知。假设程序从这个socket中读取了50k数据,并再次调用监听函数,水平触发依然会发出就绪通知,而边缘触发会因为socket“有数据可读”这个状态没有发生变化而不发出通知且陷入长时间的等待。

    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netstat 的recv-q会持续增加

    ===============

    通常来说,et方式是比较危险的方式,如果要使用et方式,那么,应用程序应该 1、将socket设置为non-blocking方式 2、epoll_wait收到event后,read或write需要读到没有数据为止,write需要写到没有数据为止(对于non-blocking socket来说,EAGAIN通常是无数据可读,无数据可写的返回状态);

    我们最近遇到一个问题,就是由于在使用epoll的过程中,缓冲区的数据没有读完,造成后续的通信失败。

    表现现象就是,使用netstat -an观察时,这个socket的recv-q值不为0.

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    一、触发时间不同:

    电平触发是在高或低电平保持32313133353236313431303231363533e59b9ee7ad9431333431353964的时间内触发。

    而边沿触发是由高到低或由低到高这一瞬间触发。

    二、触发逻辑不同:

    电平触发,就是只有高电平,或者低电平,的时候才做指定的动作,就是逻辑上的0,1触发。

    边沿触发,就是脉冲突变触发,是有高电平向低电平转换,或者翻过来转换,这个转换过程触发一个动作,逻辑上就是0-1或是1-0。

    三、触发方式不同:

    边沿触发一般时间短,边沿触发一般时间都是us级的,响应要快的,而电平触发只须是高和低就可以了,没时间要求,比如10s 时间内总是低电平,那么它也是触发的。

    比如中断计时或计数,最好用边沿触发,用电平触发误差会很大,电平触发一般用于简单报警,开关一类时间要求不高的。

    扩展资料:

    一、电平触发和边沿触发的特点:

    1、数字电路电平触发中研究的主要问题是输出信号的状态(“0”或“1”)和输入信号(“0”或“1”)之间的逻辑关系,即电路的逻辑功能。

    2、数字电路的边沿触发研究方法是逻辑分析和逻辑设计,所需要的工具是逻辑代数。 (在正逻辑下,“0”是低电平,“1”是高电平,高低电平没有明确的界限。

    二、数字电路应用:

    1、数字电路与数字电子技术广泛的应用于电视、雷达、通信、电子计算机、自动控制、航天等科学技术领域。数字电路的分类:包括数字脉冲电路和数字逻辑电路。前者研究脉冲的产生、变换和测量;后者对数字信号进行算术运算和逻辑运算。

    2、数字电路的划分:按功能分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。前者在任何时刻的输出,仅取决于电路此刻的输入状态,而与电路过去的状态无关,它们不具有记忆功能。常用的组合逻辑器件有加法器、译码器、数据选择器等。

    3、后者在任何时候的输出,不仅取决于电路此刻的输入状态,而且与电路过去的状态有关,它们具有记忆功能。

    4、按结构分为分立元件电路和集成电路。前者是将独立的晶体管、电阻等元器件用导线连接起来的电路。后者将元器件及导线制作在半导体硅片上,封装在一个壳体内,并焊出引线的电路。集成电路的集成度是不同的。

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    现在,我们希望CP一直为0或者一直为1的期间都不会触发,只在CP从低到高,或者从高到低变化的瞬间触发。我们即将发明的新型触发器叫做“边沿触发”的D触发器,因为它只在CP脉冲的边沿触发。边沿触发的触发器,实际上还分“上升沿D触发器”和“下降沿D触发器”。

    下面只讲前一种,即上升沿D触发器,要制作一个上升沿D触发器,其实很简单,它的秘密在于,可以像下图那样,将两个D触发器首尾相连。

    这个大触发器实际上由两个小的D触发器首尾相连而成,前一个触发器的输出是后一个触发器的输入。而且,这两个触发器永远不会同时工作,因为两个触发器的控制脉冲的值是相反的。

    如果你想在这个电路里保存一个比特,必须先使控制端为0。这时,左边的触发器CP=1,它可以把任何药保存的比特吃进肚子里,并且立即传送给右边的触发器。但是,很遗憾,右边的触发器不工作。

    现在,如果控制器从0跳变到1,说时迟那时快,一起都颠倒了,左边的触发器拒绝再吃掉任何比特,右边的触发器一下子活跃起来,把左边那个触发器的输出保存起来。换句话说,直到这个时候,比特才算是被这个大触发器保存了。

    此后,如果控制端从1又回到0,即下降沿,左边的触发器苏醒过来,但右边的触发器却开始休眠,但它仍有能力维持原先的输出不变。也就是说,控制脉冲的下将沿不会改变这个大触发器的内容。

    同样是之前的脉冲图示,在这个边沿触发器最终保存的值为:1

    上面这个二合一的大触发器,不管控制端是0、1还是从1到0的下降沿,它都不能保存比特,除非一种情况,那就是从0到1的跳变,即上升沿。为了便于表示,上升沿D触发器的符合如下图。

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    千次阅读 2021-01-13 08:43:35
    我们先简单回顾下什么是示波器的触发。由于信号无时无刻都在变化,如果一股脑的都把他们显示在示波器上,就会很乱,根本无法让我们看清楚,从而也就无法观察信号来解决问题。考虑到信号大多数时候都是以某种规律周期...

    我们先简单回顾下什么是示波器的触发。

    由于信号无时无刻都在变化,如果一股脑的都把他们显示在示波器上,就会很乱,根本无法让我们看清楚,从而也就无法观察信号来解决问题。考虑到信号大多数时候都是以某种规律周期性出现的,因此我们只要找到他重复的规律,把每一次重复叠加显示在示波器上,信号就可以稳定观察了。

    这种把信号稳定显示就是触发,也叫同步扫描。而寻找信号重复的规律,就是选择触发方式的过程。下面我们来看下示波器常见的都有哪些触发方式,以及是如何来帮助我们找到信号重复的规律的。

    示波器最常见也是最常用的触发方式就是边沿触发了。因为大多数信号都是以上升和下降周期性变化的。边沿触发是指当信号的边沿到达某一设定的触发电平并继续上升或下降时,示波器就触发并显示此时的信号。

    可以看到边沿触发可以选择触发点为上升沿、下降沿或者双沿。一般情况下都是选择上升或者下降沿,因为双沿的情况下信号上升和下降都会触发,往往会导致信号左右摇晃不稳定。

    接下去我们来看看脉宽触发,顾名思义,脉宽触发就是设定信号的脉宽达到某个条件,示波器就触发。当在正极性脉冲上触发时,如果限制条件为真,触发将在脉冲从高到低的翻转上发生;当在负极性脉冲上触发时,如果限制条件为真,触发将在脉冲从低到高的翻转上发生。

    如上图的方波信号,根据时基大小可知脉宽大概在500μs左右,设置条件为脉宽小于515μs即可满足稳定波形的限制条件。设置的极性为正,因此触发位置在脉冲从高到底处。

    然后我们来看逻辑触发。逻辑触发是当模拟通道间的电平满足一定的逻辑运算(与、或、与非、或非)结果并且信号电压达到设定的触发电平和触发逻辑宽度时,触发产生。

    上图中第一个图,当满足CH1为低于2.92V的触发电平值,且(AND)CH2高于-320mV的触发电平值时就触发,不考虑信号脉宽大小。 从信号可以看出是满足这个条件的,因此信号稳定。

    而第二个图恰恰相反,当满足CH1为高于2.92V的触发电平值,且(AND)CH2低于-320mV的触发电平值时就触发,不考虑信号脉宽大小。 由于CHI和CH2明显是同一个信号,因此也不可能存在一个电压值既要大于2.92V,又要小于-320mV。可以看到,此时信号不满足触发条件,也就不稳定了。

    接下去来看N边沿触发。这个触发方式比较好理解,指当触发信号在指定空闲时间后第N个边沿上触发,即为第N边沿触发。如上图中,信号就是在第五个上升沿触发的。

    下一个是欠幅触发。通过设置高低电平门限,触发那些跨过了一个电平门限但没有跨过另一个电平门限的脉冲。我们看上面这两个信号图帮助理解。

    第一个图的第一个脉冲,跨过了触发电平下限,但是没有跨过触发电平上限,因此满足条件,从第一个脉冲就开始触发。第二个图中第一个脉冲不但跨过了触发电平下限,还跨过了触发电平上限,因此不满足条件,而第二个脉冲满足条件,所以从第二个脉冲开始触发。

    欠幅触发中的大于、小于、不等于条件指的是脉冲宽度,上图中我们没有进行设置。

    然后我们来看斜率触发。斜率触发是指当信号从一个电平到达另一个电平的斜率时间符合设定的时间条件时,产生触发。如上图信号中,设置为上升边沿的斜率时间满足在250μs到5ms即触发,且触发起始点在触发电平上限上。此信号的斜率时间大概占据一格,也就是4ms左右,满足触发条件,因此波形可以稳定。

    超时触发然后有点类似斜率触发,是指从信号与触发电平交汇处开始,触发电平之上(或之下)持续的时间达到设定的时间时,产生触发。极性正表示选择输入信号上升沿通过触发电平开始计时,极性负表示选择输入信号下降沿通过触发电平开始计时。

    如上图信号中,设置为信号上升沿通过触发电平后9ms触发,可以看到信号位移的距离占据了2格多一点,时基为4ms,正好就是9ms左右。

    视频触发是专门针对视频信号的触发方式,根据视频的制式不同而有所不同,一般有PAL/625、SECAM、NTSC/525、720P、1080I和1080P等制式。视频触发在不同的电压档位都可以触发,可以根据需要调整合适的电压档位观察波形。

    为了更好地观测视频信号中的波形细节,可以先将存储深度设大一些。

    对视频信号进行触发调试过程中,由于数字示波器具备多级灰度显示功能,不同的亮度能反映信号不同部分的频率。有经验的用户在调试过程中可迅速判断信号的质量,发现异常情况。

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