I/O 复用

Posted on 2023-02-21 22:45  lyc2002  阅读(19)  评论(0)  编辑  收藏  举报

select

介绍

#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>

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

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);

功能：将多个文件描述符集中到一起监视

参数：

  • nfds：监视对象文件描述符的数量，传入最大的文件描述符值 +1
  • readfds：被监视“是否存在待读取数据”的文件描述符集合
  • writefds：被监视“是否可传输无阻塞数据”的文件描述符集合
  • exceptfds：被监视“是否发生异常”的文件描述符集合
  • timeout：超时信息

返回值：

  • 发生错误返回 -1，此时 timeout 的值是不确定的，设置 errno 为 EINTR
  • 超时返回 0
  • 正常返回发生事件的文件描述符数，向其传递的 fd_set 变量将发生变化，除被监视事件发生的文件描述符外，剩下所有位被置 0

简单使用

设置文件描述符，指定监视范围，设置超时，调用 select 函数，查看调用结果

// 程序功能：监视标准输入
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>

#define BUF_SIZE 1024

char buf[BUF_SIZE];

int main()
{
    fd_set reads;
    FD_ZERO(&reads);
    FD_SET(0, &reads);
   
    while (1) {
        struct timeval timeout;
        timeout.tv_sec = 5;
        timeout.tv_usec = 0;
        
        int result;
        fd_set tmp = reads;
        result = select(1, &tmp, NULL, NULL, &timeout);
        if (result == -1) {
            puts("select() error!");
            break;
        } else if (result == 0) {
            puts("Time out!");
        } else {
            if (FD_ISSET(0, &tmp)) {
                int len = read(0, buf, BUF_SIZE);
                buf[len] = '\0';
                printf("message from console: %s", buf);
            }
	}
    }
    
    return 0;
}

注意事项

  • 调用 select 函数后，timeval 类型变量的时间将被替换为超时前剩余时间，因此每次调用 select 前都要重新设置
  • 将准备好的 fd_set 变量复制到 tmp 中传入，因为除发生变化的文件描述符对应位外，剩下的都被置 0，为了保存初值，必需复制

poll

介绍

#include <poll.h>

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

功能：和 select 类似，在指定时间内轮询一定数量的文件描述符，测试其中是否有就绪者

参数：

  • fds：pollfd 数组，指定所有感兴趣的文件描述符上发生的可读、可写和异常等事件

    struct pollfd {
    int   fd;         /* file descriptor */
    short events;     /* requested events */
    short revents;    /* returned events */
};

    常见事件类型：

    POLLIN

    POLLERR

  • nfds：被监听事件集合 fds 的大小

  • timeout：以 ms 为单位的等待事件，传递 -1 会一直等待直到事件发生

返回值：

  • 发生错误返回 -1
  • 超时返回 0
  • 正常返回发生事件的文件描述符数

简单使用

// 程序功能：监视标准输入
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <poll.h>

#define BUF_SIZE 1024
#define POLL_SIZE 30

char buf[BUF_SIZE];

struct pollfd fds[POLL_SIZE];

int main()
{
    fds[0].fd = 0;
    fds[0].events |= POLLIN;
    
    while (1) {
        int result;
        result = poll(fds, POLL_SIZE, -1);
        if (result == -1) {
            puts("poll() error!");
            break;
        } else if (result == 0) {
            puts("Time out!");
        } else {
            if (fds[0].recents & POLLIN) {
                int len = read(0, buf, BUF_SIZE);
                buf[len] = '\0';
                printf("message from console: %s", buf);
            }
	}
    }
    
    return 0;
}

注意事项

无

epoll

介绍

#include <sys/epoll.h>

int epoll_create(int size);

功能：创建保存 epoll 文件描述符的空间

参数：

  • size：epoll 实例的大小

返回值：

  • 成功时返回 epoll 文件描述符
  • 失败时返回 -1
#include <sys/epoll.h>

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

功能：向空间注册或注销文件描述符

参数：

  • epfd：epoll 例程的文件描述符

  • op：指定对监视对象的操作

    • EPOLL_CTL_ADD
    • EPOLL_CTL_DEL
    • EPOLL_CTL_MOD

  • fd：监视对象文件描述符

  • event：

    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 */
};

    常见事件类型：

    EPOLLIN：需要读取数据的情况

    EPOLLET：以边缘触发的方式得到事件通知

    EPOLLRDHUP：TCP 连接被对方关闭，或对方关闭了写操作

    EPOLLONESHOT：最多触发该文件描述符上注册的一个可读、可写或异常事件，且只触发一次

返回值：

  • 成功返回 0
  • 失败返回 -1
#include <sys/epoll.h>

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

功能：等待文件描述符发生变化

参数：

  • epfd：epoll 例程的文件描述符
  • events：保存发生事件的结构体数组地址
  • maxevents：可保存的最大事件数
  • timeout：以 ms 为单位的等待事件，传递 -1 会一直等待直到事件发生

返回值：

  • 成功时返回发生事件的文件描述符数
  • 失败返回 -1

简单使用

// 程序功能：监视标准输入
  2 #include <stdio.h>
  3 #include <unistd.h>
  4 #include <sys/epoll.h>
  5 
  6 #define BUF_SIZE 1024
  7 #define EPOLL_SIZE 50
  8 
  9 char buf[BUF_SIZE];
 10 struct epoll_event ep_events[EPOLL_SIZE];
 11 
 12 int main()
 13 {
 14     int epfd = epoll_create(EPOLL_SIZE);
 15 
 16     struct epoll_event event;
 17     event.events = EPOLLIN;
 18     event.data.fd = 0;
 19     epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, 0, &event);
 20 
 21     while (1) {
 22         int event_cnt = epoll_wait(epfd, ep_events, EPOLL_SIZE, -1);
 23         if (event_cnt == -1) {
 24             puts("epoll_wait() error!");
 25             break;
             }
 27 
 28         for (int i = 0; i < event_cnt; i++) {
 29             if (ep_events[i].data.fd == 0) {
 30                 int len = read(0, buf, BUF_SIZE);
 31                 buf[len] = '\0';
 32                 printf("message from console: %s", buf);
 33             }
 34         }
 35     }
 36 
 37     close(epfd);
 38 
 39     return 0;
 40 }

注意事项

  • epoll_create() 返回的文件描述符主要用于区分 epoll 例程。需要终止时，也要调用 close 函数

  • 即使使用 ET 模式，一个 socket 上的某个事件还可能被触发多次。比如一个线程在读取完一个 socket 上的数据后开始处理，而在处理过程中该 socket 上又有新数据可读，此时另一个线程被唤醒来读取新数据，于是出现了两个线程同时操作一个 socket 的局面

    • 为了解决该问题，要为连接 socket 注册 EPOLLONESHOT，当然一旦事件处理完毕，该线程要立即重置该 socket 上的 EPOLLONESHOT，以确保该 socket 下一次可读时，其 EPOLOLIN 事件能触发，让其他工作线程有机会处理

水平触发与边缘触发

水平触发：只要输入缓冲有数据就会一直通知该事件，epoll 默认以水平触发模式工作

边缘触发：输入缓冲收到数据时仅注册一次该事件。即使输入缓冲中还有数据也不会再进行注册

实现边缘触发：

  • 通过 error 变量验证错误原因
  • 为了完成非阻塞 IO，更改套接字特性