chapter9-IO多路复用

主要介绍三种IO多路复用函数: select , poll 和 epoll 笔记相应的服务器实现方式,终点掌握IO多路复用解决的问题,注意IO多路复用是一种同时监听多个事件的方法,本章的所有代码我之后会上传到github仓库中

select 系统调用,函数原型如下:

int select(int nfds, fd_set *_Nullable restrict readfds,
                  fd_set *_Nullable restrict writefds,
                  fd_set *_Nullable restrict exceptfds,
                  struct timeval *_Nullable restrict timeout);

解释一下其中的参数:

nfds: 最大的文件描述符号加上 1
readfds: 表示读取文件描述符号的集合,是一个结构体需要使用特定的函数操作
writefds: 表示可以写的文件描述符的集合,同上
exceptfds: 表示异常的文件描述符集合
最后一项: NULL -> 阻塞, 否则表示具体的事件单位
返回值: 三个文件描述符集合中准备好的文件描述符的个数

fd_set 结构体相关的操作函数如下:

    void FD_CLR(int fd, fd_set *set);
    int  FD_ISSET(int fd, fd_set *set);
    void FD_SET(int fd, fd_set *set);
    void FD_ZERO(fd_set *set);

下面解释一下具体的事件就绪行为:

可读:
内核接受缓冲区中的字节数量大于最低水位线(可以使用 setsockopt)函数设置
socket通信的对方关闭
监听socket 上面有新的连接请求
socket 上有未处理的错误,此时可以使用 getsockopt 函数清除错误
可写:
内核发送缓冲区中的可用字节数量大于最大水位线(可以设置)
socket的写操作被关闭,对于写操作关闭的 socket 执行写操作会触发一个 SIGPIPE 信号
socket 使用非阻塞 connect 连接成功
socket 中有没有处理的错误
异常:
接受到带外数据

poll系统调用,函数原型如下:

int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);

参数解释:

fds: 表示准备好的文件描述符号数组
nfds: 表示总共需要监听的文件描述符个数
timeout: 超时事件,如果传入 -1 表示阻塞
返回值: 也是准备好的文件描述符号个数使用基本和 select一样

epoll系统调用,Linux中独有的系统调用,函数原型(使用如下三个函数完成epoll系统调用)如下:

int epoll_create(int size);
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events,
                      int maxevents, int timeout);
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd,
                     struct epoll_event *_Nullable event);

其中epoll_event结构体如下:

struct epoll_event {
           uint32_t      events;  /* Epoll events */
           epoll_data_t  data;    /* User data variable */
};

union epoll_data {
           void     *ptr;
           int       fd;
           uint32_t  u32;
           uint64_t  u64;
};

下面解释上面函数的含义:

epoll_create: 相当于创建内核文件注册表
epoll_wait: 根据内核注册表中注册的监听事件来监听事件的活动
epoll_ctl: 设置文件描述符号在监听过程中的属性,类似于 poll 中的设置 fdset集合的函数

epoll 中的LT 模式和 ET 模式:

LT 模式: 电平触发模式,只要接受区中有数据就会一致触发
ET 模式: 边沿触发模式,指由接受区中数据从无到有才会触发,这就要求文件描述符号必须是非阻塞的,应为如果设置为阻塞的(就是利用read读取数据的时候没有数据就会发生阻塞),这就导致没有数据的时候读取就会卡住,从而陷入死循环(可以使用 fcntl 函数设置文件描述符的阻塞属性) , 由于触发次数更少所以效率更高

三种IO 多路复用模式之间的对比如下:
多路复用的应用: 总结就是监听各种文件描述符号发生的事件,不仅仅限制于网络套接字,比如:

非阻塞connect的实现(可以参考P163面的原理)
需要监听多路事件的情况

另外一种情况比如监听多路事件的超级服务:

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