epoll LT、ET模式分析

剖析 epoll ET/LT 触发方式的性能差异误解（定性分析）

 

ET模式仅当状态发生变化的时候才获得通知,这里所谓的状态的变化并不包括缓冲区中还有未处理的数据,也就是说,如果要采用ET模式,需要一直read/write直到出错为止,很多人反映为什么采用ET模式只接收了一部分数据就再也得不到通知了,大多因为这样;而LT模式是只要有数据没有处理就会一直通知下去的.
    LT(level triggered)是缺省的工作方式，并且同时支持block和no-block socket.在这种做法中，内核告诉你一个文件描述符是否就绪了，然后你可以对这个就绪的fd进行IO操作。如果你不作任何操作，内核还是会继续通知你的，所以，这种模式编程出错误可能性要小一点。传统的select/poll都是这种模型的代表．
    ET(edge-triggered)是高速工作方式，只支持no-block socket。在这种模式下，当描述符从未就绪变为就绪时，内核通过epoll告诉你。然后它会假设你知道文件描述符已经就绪，并且不会再为那个文件描述符发送更多的就绪通知，直到你做了某些操作导致那个文件描述符不再为就绪状态了(比如，你在发送，接收或者接收请求，或者发送接收的数据少于一定量时导致了一个EWOULDBLOCK 错误）。但是请注意，如果一直不对这个fd作IO操作(从而导致它再次变成未就绪)，内核不会发送更多的通知(only once),不过在TCP协议中，ET模式的加速效用仍需要更多的benchmark确认。

平时大家使用 epoll 时都知道其事件触发模式有默认的 level-trigger 模式和通过 EPOLLET 启用的 edge-trigger 模式两种。从 epoll 发展历史来看，它刚诞生时只有 edge-trigger 模式，后来因容易产生 race-cond 且不易被开发者理解，又增加了 level-trigger 模式并作为默认处理方式。二者的差异在于 level-trigger 模式下只要某个 fd 处于 readable/writable 状态，无论什么时候进行 epoll_wait 都会返回该 fd；而 edge-trigger 模式下只有某个 fd 从 unreadable 变为 readable 或从 unwritable 变为 writable 时，epoll_wait 才会返回该 fd。

通常的误区是，level-trigger 模式在 epoll 池中存在大量 fd 时效率要显著低于 edge-trigger 模式。

但从 kernel 代码来看，edge-trigger/level-trigger 模式的处理逻辑几乎完全相同，差别仅在于 level-trigger 模式在 event 发生时不会将其从 ready list 中移除，略为增大了 event 处理过程中 kernel space 中记录数据的大小。

然而，edge-trigger 模式一定要配合 user app 中的 ready list 结构，以便收集已出现 event 的 fd，再通过 round-robin 方式挨个处理，以此避免通信数据量很大时出现忙于处理热点 fd 而导致非热点 fd 饿死的现象。统观 kernel 和 user space，由于 user app 中 ready list 的实现千奇百怪，不一定都经过仔细的推敲优化，因此 edge-trigger 的总内存开销往往还大于 level-trigger 的开销。

一般号称 edge-trigger 模式的优势在于能够减少 epoll 相关系统调用，这话不假，但 user app 里可不是只有 epoll 相关系统调用吧？为了绕过饿死问题，edge-trigger 模式的 user app 要自行进行 read/write 循环处理，这其中增加的系统调用和减少的 epoll 系统调用加起来，有谁能说一定就能明显地快起来呢？

实际上，epoll_wait 的效率是 O(ready fd num) 级别的，因此 edge-trigger 模式的真正优势在于减少了每次 epoll_wait 可能需要返回的 fd 数量，在并发 event 数量极多的情况下能加快 epoll_wait 的处理速度，但别忘了这只是针对 epoll 体系自己而言的提升，与此同时 user app 需要增加复杂的逻辑、花费更多的 cpu/mem 与其配合工作，总体性能收益究竟如何？只有实际测量才知道，无法一概而论。不过，为了降低处理逻辑复杂度，常用的事件处理库大部分都选择了 level-trigger 模式（如 libevent、boost::asio等）

结论：
    epoll 的 edge-trigger 和 level-trigger 模式处理逻辑差异极小，性能测试结果表明常规应用场景 中二者性能差异可以忽略；使用 edge-trigger 的 user app 比使用 level-trigger 的逻辑复杂，出错概率更高；edge-trigger 和 level-trigger 的性能差异主要在于 epoll_wait 系统调用的处理速度，是否是 user app 的性能瓶颈需要视应用场景而定，不可一概而论。