做彩票网站犯法不,xxx网站建设与优化推广,ui培训机构北京,网站系统建设与管I/O复用
用途#xff1a;I/O 复用能同时监听多个文件描述符。 I/O 复用虽然能同时监听多个文件描述符#xff0c;但它本身是阻塞的。并且当多个文件描述符同时就绪时#xff0c;如果不采取额外的措施#xff0c;程序就只能按顺序依处理其中的每一个文件描述符#xff0c;…I/O复用
用途I/O 复用能同时监听多个文件描述符。 I/O 复用虽然能同时监听多个文件描述符但它本身是阻塞的。并且当多个文件描述符同时就绪时如果不采取额外的措施程序就只能按顺序依处理其中的每一个文件描述符这使得服务器看起来好像是串行工作 的。 如果要提高并发处理的能力可以配合使用多线程或多进程等编程方法。 在Linux下有三种系统调用函数分别是select,poll,epoll。
1.select
用途在一段指定时间内监听用户感兴趣的文件描述符的可读、可写和异常等事件。
1.接口介绍
1.int select(int maxfd, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout); 1.select 成功时返回就绪(可读、可写和异常)文件描述符的总数。如果在超时时间内没有任何文件描述符就 绪select 将返回 0。select 失败是返回-1.如果在 select 等待期间程序接收到信号则 select 立即返 回-1并设置 errno 为 EINTR。 2.maxfd 参数指定的被监听的文件描述符的总数。它通常被设置为 select 监听的所 有文件描述符中的最大值1 。 3.readfds、writefds 和 exceptfds 参数分别指向可读、可写和异常等事件对应的文件 描述符集合。应用程序调用 select 函数时通过这 3 个参数传入自己感兴趣的文件 描述符。select 返回时内核将修改它们来通知应用程序哪些文件描述符已经就绪。 通过下列宏可以访问 fd_set 结构中的位 FD_ZERO(fd_set *fdset); // 清除 fdset 的所有位 FD_SET(int fd, fd_set *fdset); // 设置 fdset 的位 fd FD_CLR(int fd, fd_set *fdset); // 清除 fdset 的位 fd int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);// 测试 fdset 的位 fd 是否被设置 4.timeout 参数用来设置 select 函数的超时时间。它是一个 timeval 结构类型的指 针采用指针参数是因为 内核将修改它以告诉应用程序 select 等待了多久。timeval 结构的定义如下 struct timeval { long tv_sec; //秒数 long tv_usec; // 微秒数 }; 如果给 timeout 的两个成员都是 0则 select 将立即返回。如果 timeout 传递 NULL则 select 将一直阻 塞直到某个文件描述符就绪 。 2. fd_set 是用来存放描述符的对应事件的集合。 2.例子
1.用select监听键盘是否有数据输入
#include stdio.h
#include sys/select.h
#include stdlib.h
#include sys/time.h
#include string.h
#include unistd.h
int main()
{char buff[256] {0};fd_set fdset;while (1){FD_ZERO(fdset);FD_SET(0, fdset);struct timeval tim {5,0}; //每次都需要传入一个新的timeval结构体int n select(1,fdset,NULL,NULL,tim);//select中会改变tim的值if(-1 n){printf(input error\n);continue;}else if(0 n){printf(timeout\n);continue;}else {if(FD_ISSET(0,fdset)){memset(buff,0,256);read(0,buff,255);printf(read:%s\n,buff);}}}
}运行结果 2.用select处理多个并发客户端
原理图 服务端参考代码
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include unistd.h
#include string.h
#include assert.h
#include sys/socket.h
#include sys/types.h
#include sys/select.h
#include sys/time.h
#include arpa/inet.h
#include netinet/in.h#define MaxLen 60
void fds_init(int fds[]) //初始化
{for (int i 0; i MaxLen; i){fds[i] -1; // 无效的描述符}
}
void fds_add(int fd, int fds[]) //添加描述符
{for (int i 0; i MaxLen; i){if (-1 fds[i]){fds[i] fd;break;}}
}
void fds_del(const int fd, int fds[]) //删除描述符
{for (int i 0; i MaxLen; i){if (fd fds[i]){fds[i] -1;break;}}
}
int main()
{int sockfd socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (-1 sockfd){exit(1);}struct sockaddr_in saddr;memset(saddr, 0, sizeof(saddr));saddr.sin_family AF_INET;saddr.sin_port htons(6000); // htons 将主机字节序转换为网络字节saddr.sin_addr.s_addr inet_addr(127.0.0.1); // 回环地址int res bind(sockfd, (struct sockaddr *)saddr, sizeof(saddr));if (-1 res){exit(1);}res listen(sockfd, 5);if (-1 res){exit(1);}int fds[MaxLen]; // 存放套结字fds_init(fds); //初始化fds_add(sockfd, fds); //加入本地服务器的套结字fd_set fdset;while (1){FD_ZERO(fdset);int maxfd -1;for (int i 0; i MaxLen; i) // 将所有已经建立连的接描述符写入fdset{if (-1 ! fds[i]){FD_SET(fds[i], fdset);maxfd maxfd fds[i] ? maxfd : fds[i]; //记录文件描述符最大值}}struct timeval tim {5, 0};int n select(maxfd 1, fdset, NULL, NULL, tim);if (-1 n){printf(error\n);continue;}else if (0 n){printf(timeout\n);continue;}else{for (int i 0; i MaxLen; i){if (-1 fds[i]){continue;}if (FD_ISSET(fds[i], fdset)){if (fds[i] sockfd){struct sockaddr_in caddr;int len sizeof(caddr);int c accept(sockfd, (struct sockaddr *)caddr, len);if (-1 c){continue;}printf(c:%d\n, c);fds_add(c, fds); //建立连接保存}else{char buff[256] {0};int n recv(fds[i], buff, 255, 0);if (0 n){fds_del(fds[i], fds); //断开连接清除close(fds[i]);printf(one client close);}else{printf(client[%d]:%s\n, fds[i], buff);send(fds[i], ok, 2, 0);}}}}}}
}客户端参考代码
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include unistd.h
#include string.h
#include assert.h
#include sys/socket.h
#include sys/types.h
#include arpa/inet.h
#include netinet/in.h
int main()
{int sockfd socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);assert(sockfd ! -1);struct sockaddr_in saddr;memset(saddr, 0, sizeof(saddr));saddr.sin_family AF_INET;saddr.sin_port htons(6000);saddr.sin_addr.s_addr inet_addr(127.0.0.1);int res connect(sockfd, (struct sockaddr *)saddr, sizeof(saddr));if (-1 res){ exit(1);}while (1){char buff[128] {0};printf(input:\n);fgets(buff, 128, stdin); // 会取得\nif (strncmp(buff, end, 3) 0){break;}send(sockfd, buff, strlen(buff), 0);memset(buff, 0, 128);recv(sockfd, buff, 127, 0);printf(buff%s\n, buff);}close(sockfd);exit(0);
}运行结果 2.poll
用途在指定时间内轮询一定数量的文件描述符以测试其中是否有就绪的 。
1.接口介绍
1.int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout); poll 系统调用成功返回就绪文件描述符的总数超时返回 0失败返回-1 nfds 参数指定被监听事件集合 fds 的大小。 timeout 参数指定 poll 的超时值单位是毫秒timeout 为-1 时poll 调用将永久 阻塞直到某个事件发生timeout 为 0 时poll 调用将立即返回。 fds 参数是一个 struct pollfd 结构类型的数组它指定所有用户感兴趣的文件描述 符上发生的可读、可写和异常等事件。 2.pollfd 结构体 定义如下 struct pollfd { int fd; // 文件描述符 short events; // 注册的关注事件类型 short revents; // 实际发生的事件类型由内核填充 }; 其中fd 成员指定文件描述符events 成员告诉 poll 监听 fd 上的哪些事件类型。 它是一系列事件的按位或revents 成员则由内核修改通知应用程序 fd 上实际发生了哪些事件。 3.poll支持的事件 2.例子
poll和select的原理相似此处不再赘述。
本地服务器端参考代码
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include unistd.h
#include string.h
#include sys/socket.h
#include sys/types.h
#include poll.h
#include sys/time.h
#include arpa/inet.h
#include netinet/in.h
#include stdbool.h#define MaxLen 60void fds_init(struct pollfd fds[])
{for (int i 0; i MaxLen; i){fds[i].fd -1;fds[i].events 0;fds[i].revents 0;}
}
void fds_add(struct pollfd fds[], int fd)
{for (int i 0; i MaxLen; i){if (-1 fds[i].fd){fds[i].fd fd;fds[i].events POLLIN; // 读事件fds[i].revents 0;break;}}
}
void fds_del(struct pollfd fds[], int fd)
{for (int i 0; i MaxLen; i){if (fd fds[i].fd){fds[i].fd -1;fds[i].events 0;fds[i].revents 0;break;}}
}
int main()
{int sockfd socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (-1 sockfd){exit(1);}struct sockaddr_in saddr;memset(saddr, 0, sizeof(saddr));saddr.sin_family AF_INET;saddr.sin_port htons(6000); // htons 将主机字节序转换为网络字节saddr.sin_addr.s_addr inet_addr(127.0.0.1); // 回环地址int res bind(sockfd, (struct sockaddr *)saddr, sizeof(saddr));if (-1 res){exit(1);}res listen(sockfd, 5);if (-1 res){exit(1);}struct pollfd fds[MaxLen]; //存放套接字描述符fds_init(fds);fds_add(fds, sockfd);while (true){int n poll(fds, MaxLen, 6000); // 阻塞if (-1 n){continue;}else if (0 n){printf(time out\n);continue;}else{for (int i 0; i MaxLen; i){if (-1 fds[i].fd){continue;}if (fds-revents POLLIN){if (sockfd fds[i].fd){struct sockaddr_in caddr;int len sizeof(caddr);int c accept(sockfd, (struct sockaddr *)caddr, len);if (-1 c){continue;}printf(c:%d\n, c);fds_add(c,fds);}else{char buff[256] {0};int n recv(fds[i].fd, buff, 255, 0);if (0 n){fds_del(fds[i].fd, fds); //断开连接清除close(fds[i].fd);printf(one client close); }else{printf(client[%d]:%s\n, fds[i], buff);send(fds[i].fd, ok, 2, 0);}}}}}}
}epoll
epoll 是 Linux 特有的 I/O 复用函数。epoll 把用户关心的文件描述符上的事件放在内核里的一个事件表中。从而无需像 select 和 poll 那样每次调用都要重复传入文件描述符或事件集。但 epoll 需要使用一个额外的文件描述符来唯一标识内核中的这个事件表。
1.接口介绍
1.epoll_create() 用于创建内核事件表 原型int epoll_create(int size); epoll_create()成功返回内核事件表的文件描述符失败返回-1 size 参数现在并不起作用只是给内核一个提示告诉它事件表需要多大。 时间表实际上是一颗红黑树 2.epoll_ctl()用于操作内核事件表 原型int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event); epoll_ctl()成功返回 0失败返回-1 epfd 参数指定要操作的内核事件表的文件描述符 fd 参数指定要操作的文件描述符 op 参数指定操作类型 EPOLL_CTL_ADD 往内核事件表中中添加一个文件描述符(即参数fd)指定监视的事件类型(参数event)EPOLL_CTL_MOD 修改内核事件表中已经存在的描述符(即参数fd)对应的监视事件类型(参数event)EPOLL_CTL_DEL 将某内核事件表中已经存在的描述符(即参数fd)删除参数event传NULL event 需要epoll监视的fd对应的事件类型它是 epoll_event 结构指针类型epoll_event 的定义如下 struct epoll_event { _uint32_t events; // epoll 事件 epoll_data_t data; // 用户数据 }; 其中events 成员描述事件类型epoll 支持的事件类型与 poll 基本相同表示 epoll 事件的宏是在 poll 对应的宏前加上‘E’比如 epoll 的数据可读事件是 EPOLLIN。但是 epoll 有两个额外的事件类型–EPOLLET 和 EPOLLONESHOT。 data 成员用于存储用户数据是一个联合体其定义如下 typedef union epoll_data { void *ptr; int fd; uint32_t u32; uint64_t u64; }epoll_data_t; 其中 fd 成员使用的最多它指定事件所从属的目标文件描述符。 3.epoll_wait()用于在一段超时时间内等待一组文件描述符上的事件 原型int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout); epoll_wait()成功返回需要处理的事件数目失败返回-1超时返回 0 epfd 参数指定要操作的内核事件表的文件描述符 events 参数接口的返回参数是一个用户数组epoll把发生的事件的集合从内核复制到 events数组中。events数组是一个用户分配好大小的数组数组长度大于等于maxevents。events不可以是空指针内核只负责把数据复制到这个 events数组中不会去帮助我们在用户态中分配内存 maxevents 参数指定用户数组的大小即指定最多监听多少个事件它必须大于 0 timeout 参数指定超时时间单位为毫秒如果 timeout 为 0则 epoll_wait 会立即 返回如果 timeout 为-1则 epoll_wait 会一直阻塞直到有事件就绪 0表示不阻塞。 2.例子
本地服务器端参考代码
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include unistd.h
#include string.h
#include sys/socket.h
#include sys/types.h
#include sys/epoll.h
#include sys/time.h
#include arpa/inet.h
#include netinet/in.h
#include stdbool.h#define MaxLen 20
void epoll_add(int epfd, int fd, int op)
{struct epoll_event ep;ep.events op;ep.data.fd fd;if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, ep) -1){printf(Add fd error\n);}
}
void epoll_del(int epfd, int fd)
{if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, fd, NULL) -1){printf(Del fd error\n);}
}
int main()
{int sockfd socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (-1 sockfd){exit(1);}struct sockaddr_in saddr;memset(saddr, 0, sizeof(saddr));saddr.sin_family AF_INET;saddr.sin_port htons(6000); // htons 将主机字节序转换为网络字节saddr.sin_addr.s_addr inet_addr(127.0.0.1); // 回环地址int res bind(sockfd, (struct sockaddr *)saddr, sizeof(saddr));if (-1 res){exit(1);}res listen(sockfd, 5);if (-1 res){exit(1);}int epfd epoll_create(MaxLen); // 内核事件表的文件描述符if (-1 epfd){exit(1);}struct epoll_event evs[MaxLen]; // 存放就绪的文件描述符epoll_add(epfd,sockfd,EPOLL_CTL_ADD);while (true){int n epoll_wait(epfd, evs, MaxLen, 5000);if (-1 n){continue;}else if (0 n){printf(time out\n);continue;}else{for (int i 0; i n; i) // 区别于select和poll{int fd evs[i].data.fd;if (evs[i].events EPOLLIN) //读事件发生{if (sockfd fd){struct sockaddr_in caddr;int len sizeof(caddr);int c accept(fd, (struct sockaddr *)caddr, len);if (0 c){continue;}printf(accept client:%d,c);epoll_add(epfd, c, EPOLL_CTL_ADD);}else{char buff[256] {0};int c recv(fd, buff, 255, 0);if (0 c){printf(one client close\n);epoll_del(epfd, fd);close(fd);continue;}printf(client(%d):%s\n, fd, buff);send(fd, OK, 2, 0);}}}}}
}3.LT 和 ET 模式
1.LT模式
以读事件为例当缓冲区有数据准备好的时候此时会触发读事件**如果我们一直不去读取缓冲区里的数据epoll模型就会一直通知我们有事件就绪。**LT模式也是epoll模型的默认模式。
2.ET模式
对于读事件 EPOLLIN当该描述符对应的接受缓冲区的数据准备好的时候也会触发读事件但是只会触发一次如果我们这次没有调用read/recv 读取 或者 没有一次读完后面就不会通知有读事件就绪了。简单来说只有当该描述符对应的接受缓冲区里的数据量发生变化的时候才会通知我们一次不会像LT模式那样一直通知。
示例图: 3.ET模式下的非阻塞编程
阻塞状态下epoll存在问题
只有接收缓冲区的数据变化时才会通知通知的次数少了自然也会引发一些问题比如触发读事件后必须把数据收取干净因为你不一定有下一次机会再收取数据了即使不采用一次读取干净的方式也要把这个激活状态记下来后续接着处理否则如果数据残留到下一次消息来到时就会造成延迟现象。
解决方法
1.为避免接收缓冲区中的数据一次取不完我们采用循环来将缓冲区读取干净当recv发现缓冲区里没有数据了此时会默认进入阻塞状态等待数据就绪这就严重影响到后面的文件描述符读取/写入内容了。所以ET模式下必须要设为非阻塞。
2.当非阻塞状态下时当缓冲区没有数据时会返回error,并且将全局变量( errno ) 置为 EAGAIN 或 EWOULDBLOCK
置为非阻塞的两种方法
1.fnctl函数设定 int flag fcntl(client_fd, F_GETFL);flag | O_NONBLOCK;int ret fcntl(client_fd, F_SETFL, flag);if (ret -1){printf(Set Wait error\n);}2.recv的参数设定
int c recv(fd,buff,1,MSG_DONTWAIT);
if(0 c)
{if(errno ! EAGAIN errno ! EWOULDBLOCK ) {epoll_del(epfd,fd);close(fd);printf(one client close\n);}
}4.例子
本地服务器端参考代码
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include unistd.h
#include string.h
#include sys/socket.h
#include sys/types.h
#include sys/epoll.h
#include sys/time.h
#include arpa/inet.h
#include netinet/in.h
#include stdbool.h
#include fcntl.h //新增
#include errno.h //新增#define MaxLen 20
void set_NoWait(int fd)
{int oldfl fcntl(fd,F_GETFL); //获取描述符的状态int newfl oldfl | O_NONBLOCK;int n fcntl(fd,F_SETFL,newfl); //新增非阻塞状态if(-1 n){printf(Set NoWait error\n);}
}
void epoll_add(int epfd, int fd, int op)
{struct epoll_event ep;ep.events op | EPOLLET; //开启ET模式ep.data.fd fd;set_NoWait(fd); //置为非阻塞if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, ep) -1){printf(Add fd error\n);}
}
void epoll_del(int epfd, int fd)
{if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, fd, NULL) -1){printf(Del fd error\n);}
}
int main()
{int sockfd socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (-1 sockfd){exit(1);}struct sockaddr_in saddr;memset(saddr, 0, sizeof(saddr));saddr.sin_family AF_INET;saddr.sin_port htons(6000); // htons 将主机字节序转换为网络字节saddr.sin_addr.s_addr inet_addr(127.0.0.1); // 回环地址int res bind(sockfd, (struct sockaddr *)saddr, sizeof(saddr));if (-1 res){exit(1);}res listen(sockfd, 5);if (-1 res){exit(1);}int epfd epoll_create(MaxLen); // 内核事件表的文件描述符if (-1 epfd){exit(1);}struct epoll_event evs[MaxLen]; // 存放就绪的文件描述符epoll_add(epfd,sockfd,EPOLL_CTL_ADD);while (true){int n epoll_wait(epfd, evs, MaxLen, 5000);if (-1 n){continue;}else if (0 n){printf(time out\n);continue;}else{for (int i 0; i n; i) // 区别于select和poll{int fd evs[i].data.fd;if (evs[i].events EPOLLIN) //读事件发生{if (sockfd fd){struct sockaddr_in caddr;int len sizeof(caddr);int c accept(fd, (struct sockaddr *)caddr, len);if (0 c){continue;}printf(accept client:%d,c);epoll_add(epfd, c, EPOLL_CTL_ADD);}else{char buff[256] {0};while(true) //采用循环清空接受缓冲区{int c recv(fd,buff,1,0);if(0 c){if(errno ! EAGAIN errno ! EWOULDBLOCK ) {epoll_del(epfd,fd);close(fd);printf(one client close\n);}break;}printf(client(%d):%s\n,fd,buff);send(fd,OK,2,0);}}}}}}
}客户端参考代码
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include unistd.h
#include string.h
#include assert.h
#include sys/socket.h
#include sys/types.h
#include arpa/inet.h
#include netinet/in.h
int main()
{int sockfd socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);assert(sockfd ! -1);struct sockaddr_in saddr;memset(saddr, 0, sizeof(saddr));saddr.sin_family AF_INET;saddr.sin_port htons(6000);saddr.sin_addr.s_addr inet_addr(127.0.0.1);int res connect(sockfd, (struct sockaddr *)saddr, sizeof(saddr));if (-1 res){ exit(1);}while (1){char buff[128] {0};printf(input:\n);fgets(buff, 128, stdin); // 会取得\nbuff[strlen(buff)-1] 0; //删除\nif (strncmp(buff, end, 3) 0){break;}send(sockfd, buff, strlen(buff), 0);memset(buff, 0, 128);recv(sockfd, buff, 127, 0);printf(buff%s\n, buff);}close(sockfd);exit(0);
}运行结果 select/poll/epoll的区别
select 1.select 调用需要传入 fd 数组需要拷贝一份到内核高并发场景下这样的拷贝消耗的资源是惊人的。 2.select 在内核层仍然是通过遍历的方式检查文件描述符的就绪状态是个同步过程。 3.select 仅仅返回可读文件描述符的个数具体哪个可读还是要用户自己遍历。 poll 本质上和select没有区别主要就是去掉了 select 只能监听 1024 个文件描述符的限制。 epoll 1.内核中保存一份文件描述符集合无需用户每次都重新传入只需告诉内核修改的部分即可。 2.内核不再通过轮询的方式找到就绪的文件描述符而是通过异步 IO 事件唤醒。 3.内核仅会将有 IO 事件的文件描述符返回给用户用户也无需遍历整个文件描述符集合。 总结
I/O多路复用就通过一种机制可以监视多个描述符一旦某个描述符就绪一般是读就绪或者写就绪能够通知程序进行相应的读写操作。selectpollepoll本质上都是同步I/O因为他们都需要在读写事件就绪后自己负责进行读写也就是说这个读写过程是阻塞的。
