Linux IO多路复用--基础

一、IO多路复用 -- select()

结构体

• fd_set：描述符集合(long类型数组)

函数

• FD_ZERO()：清空描述符集合
• FD_SET()：设置监听的描述符(把监听的描述符设置为1)
• FD_ISSET()：判断描述符是否设置(判断描述符是否设置为1)
• FD_CLR() ：清除监听的描述符(把监听的描述符设置为0)
• select()：监听描述符事件，如果描述符集合中没有就绪，等待；反之，函数返回，把描述符集合清空，并设置已经就绪的描述符(设置为1)。

就绪条件

编码流程

1. 定义描述符集
2. 清空描述符集
3. 设置指定的描述符并获取最大的描述符值+1
4. 等待描述符就绪
5. 判断已就绪的描述符，并做对应处理。

代码结构

// 定义描述符集
fd_set rset;

// 清空描述符集
FD_ZERO(&rset);

// 设置描述符 
FD_SET(fd1,&rset);
FD_SET(fd2,&rset);

// 获取最大描述符+1
int maxfdp1 = max(fd1,fd2) + 1;

// 等待描述符就绪
if(select(maxfdp1,&rset,NULL,NULL,NULL) > 0){

    // 判断已就绪的描述符
    if(FD_ISSET(fd1,&rset)){
            // do somthing
    }
    if(FD_ISSET(fd2,&rset)){
            // do somthing
    }
}

注意

1. fd_set可容纳最大描述符数为FD_SETSIZE。
2. 每一次select()前，必须重新设置描述符，如果设置了新的描述符，需要重新计算maxfdp1。

二、IO多路复用 -- poll()

结构体

• struct pollfd

函数

• poll()

编码流程

1. 定义pollfd结构体数组
2. 初始化pollfd结构体数组
3. 设置监听poll事件
4. 等待poll事件
5. 判断触发事件的描述符，并做对应处理。

触发事件

代码结构

// 定义pollfd结构体数组
struct pollfd pollfds[OPEN_MAX];

// 初始化pollfd结构体数组
int i;
for(i=0;i<OPEN_MAX;i++){
    pollfds[i].fd = -1;
}
int pollfds_cnt = 0;

// 设置监听事件
pollfds[0].fd = fd1;
pollfds[0].event = POLLRDNOM;
pollfds_cnt++;
pollfds[1].fd = fd1;
pollfds[1].event = POLLRDNORM;
pollfds_cnt++;

// 等待poll事件
if(poll(pollfds,pollfds_cnt,INFTIM)>0){
    int i;
    for(i=0;i<pollfds_cnt;i++){
        // 判断触发事件的描述符
        if(pollfds[i].fd == fd1 && pollfds[i].revent & POLLRDNORM){
            // do something
        }
        if(pollfds[i].fd == fd2 && pollfds[i].revent & POLLRDNORM){
            // do something
        }
    }
}

注意

struct pollfd数组的最大数是OPEN_MAX(或者linux/fs.h中的INR_OPEN_MAX )
还可以通过如下方式查看：

• cat /proc/sys/fs/file-max
• ulimit

IO多路复用 -- epoll()

结构体

struct epoll_event

函数

• epoll_create()：创建epoll描述符
• epoll_ctl()：控制epoll描述符
• epoll_wait()：等待epoll描述符

结构体epoll_event 被用于注册所感兴趣的事件和回传所发生待处理的事件，定义如下：

    typedef union epoll_data {
        void *ptr;
         int fd;
         __uint32_t u32;
         __uint64_t u64;
     } epoll_data_t;//保存触发事件的某个文件描述符相关的数据

     struct epoll_event {
         __uint32_t events;      /* epoll event */
         epoll_data_t data;      /* User data variable */
     };

其中events表示感兴趣的事件和被触发的事件，可能的取值为：

编码流程

1. 创建epoll描述符
2. 注册epoll事件
3. 等待epoll事件
4. 判断触发epoll事件的描述符和事件
5. 关闭epoll描述符

触发条件

• ET(Edge Triggered)模式--边沿触发

• LT(Level Triggered)模式--水平触发

代码结构

• LT

// 创建epoll描述符
int epollfd = epoll_create(OPEN_MAX);

// 注册epoll事件
struct epoll_event evt;
evt.data.fd = fd1;
evt.events = EPOLLIN;
epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_ADD,fd1,&evt);
evt.data.fd = fd2;
evt.events = EPOLLIN;
epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_ADD,fd2,&evt);

// 等待epoll事件
int evts_cnt = 2;
struct epoll_event evts[evts_cnt];
int fd_cnt = epoll_wait(epollfd,&evts,evts_cnt,-1);
int i;
for(i=0;i<fd_cnt,i++){
        // 判断触发epoll事件的描述符和事件
    if(evts[i].data.fd == fd1 && evts[i].events & EPOLLIN){
        // do something
    }
    if(evts[i].data.fd == fd2 && evts[i].events & EPOLLIN){
        // do something
    }
}

// 关闭epoll描述符
close(epollfd);

• ET

ET模式的文件句柄必须是非阻塞的。

// 创建epoll描述符
int epollfd = epoll_create(OPEN_MAX);

// 注册epoll事件
struct epoll_event evt;
evt.data.fd = fd1;
fcntl(fd1,F_SETFL,O_NONBLOCK);// fd1必须是非阻塞的
evt.events = EPOLLIN | EPOLLET;
epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_ADD,fd1,&evt);
evt.data.fd = fd2;
fcntl(fd2,F_SETFL,O_NONBLOCK);// fd2必须是非阻塞的
evt.events = EPOLLIN | EPOLLET;
epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_ADD,fd2,&evt);

// 等待epoll事件
int evts_cnt = 2;
struct epoll_event evts[evts_cnt];
int fd_cnt = epoll_wait(epollfd,&evts,evts_cnt,-1);
int i;
for(i=0;i<fd_cnt,i++){
        // 判断触发epoll事件的描述符和事件
    if(evts[i].data.fd == fd1 && evts[i].events & EPOLLIN){
        // do something
    }
    if(evts[i].data.fd == fd2 && evts[i].events & EPOLLIN){
        // do something
    }
}

// 关闭epoll描述符
close(epollfd);

比较

select IO多路复用

• 缺点
  • 只能监视FD_SETSIZE个连接
  • 不能确切指定有数据的socket
  • 每次需要修改传入的fd_set
  • 线程不安全

poll IO多路复用

• 优点

  • 不需要不修改传入的pollfd数组
  • 可以监视任意个连接

• 缺点

  • 不能确切指定有数据的socket
  • 线程不安全

epoll IO多路复用

• 优点
  • 能确切指定有数据的socket
  • 线程安全