linux ---- I/O多路复用

　　I/O 多路复用使得程序能同时监听多个文件描述符，能够提高程序的性能，Linux 下实现 I/O 多路复用的系统调用主要有 select、poll 和 epoll。

 1. select

　　　　头文件：#include <sys/select.h>

1.1、函数原型

　　　　　　

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

　　- 参数：

　　fd_set：可以理解为一个集合，这个集合中存放的时文件描述符fd。

    　　- nfds : 集合中所有文件描述符的范围，需设置为所有文件描述符中的最大值加1。

    　　- readfds : 要进行监听的是否可以读文件的文件描述符集合。

        　　 - 一般检测读操作

        　　 - 对应的是对方发送过来的数据，因为读是被动的接收数据，检测的就是读缓冲区

        　　- 是一个传入传出参数

   　　- writefds : 要进行监听的是否可以写文件的文件描述符集合。

          　　- 委托内核检测写缓冲区是不是还可以写数据（不满的就可以写）

    　  - exceptfds : 要进行监听的是否发生异常的文件描述符集合。

    　  - timeout :  select的超时时间，它可以使select处于三种状态：

　　1、若将NULL以形参传入，即不传入时间结构，就是将select至于阻塞状态，一定要等到监视的文件描述符集合中某个文件描述符发生变化为止。
　　2、若将时间值设为0秒0毫秒，就变成一个纯粹的非阻塞函数，不管文件描述符是否发生变化，都立刻返回继续执行，文件无变化返回0，有变化返回一个正值。
　　3、timeout的值大于0，这就是等待的超时时间，即select在timeout时间内阻塞，超时时间之内有事件到来就返回，否则在超时后不管怎样一定返回。

    　　　　struct timeval {

        　　　　ong tv_sec;    /* seconds */

    　　　　    long tv_usec;   /* microseconds */

  　　　　  };　　

    　　　 - NULL:永久阻塞，直到检测到了文件描述符有变化

     　　   - tv_sec = 0, tv_usec = 0， 不阻塞

    　　    - tv_sec > 0, tv_usec > 0， 阻塞对应的时间

　　- 返回值:

    　    -1 : 调用失败

           >0(n) :检测的集合中有n个文件描述符发生了变化 

　　　= 0 : 表示超时。

1.2、其他函数

　　FD_ZERO:
　　用法：FD_ZERO(fd_set *);
　　作用：用来清空fd_set集合，即让fd_set集合不再包含任何文件句柄。

　　FD_SET:
　　用法：FD_SET(int fd, fd_set *);
　　作用：用来将一个给定的文件描述符加入集合之中。

　　FD_CLR:
　　用法：FD_CLR(int fd, fd_set *);
　　作用：用来将一个给定的文件描述符从集合中删除。

　　FD_ISSET:
　　用法：FD_ISSET(int fd, fd_set *);
　　作用：检测fd在fdset集合中的状态是否发生变化，当检测到fd状态变化时返回真，否则，返回假（也可以认为集合中指定的文件描述符是否可以读写）。

2. poll

　　　　头文件：#include <poll.h>

2.1、函数原型　　　　　　

　　struct pollfd {

　　    int fd;         /* 委托内核检测的文件描述符 */

　　    short events;   /* 委托内核检测文件描述符的什么事件 */

　　    short revents;  /* 文件描述符实际发生的事件 */

　　};

　　struct pollfd myfd;

　　myfd.fd = 5;

　　myfd.events = POLLIN | POLLOUT;

 

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

　　- 参数：

　　    - fds : 是一个struct pollfd 结构体数组，这是一个需要检测的文件描述符的集合

　　    - nfds : 这个是第一个参数数组中最后一个有效元素的下标 + 1

　　    - timeout : 阻塞时长

　　        0 : 不阻塞

　　        -1 : 阻塞，当检测到需要检测的文件描述符有变化，解除阻塞

　　        >0 : 阻塞的时长

　　- 返回值：

　　    -1 : 失败

　　    >0（n） : 成功,n表示检测到集合中有n个文件描述符发生变化

 

 3. epoll

头文件： #include <sys/epoll.h> 

创建一个新的epoll实例: 在内核中创建一个数组，有两个比较重要的数据，一个是需要检测的文件描述符的信息（红黑树），一个是就绪列表，存放检测到数据发送改变的文件描述符信息（双向链表）。

3.1、函数原型　

　　　　int epoll_create(int size);

　　　　　　- 参数：

　　　　　　　　- size : 目前没有意义随便写一个数，必须大于0

　　　　　　- 返回值：

　　　　　　　　-1 : 失败

　　　　　　　　> 0 : 操作epoll实例的文件描述符

　　　　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 */

　　　　};

　　　　常见的Epoll检测事件：

　　　　　　- EPOLLIN

　　　　　　- EPOLLOUT

　　　　　　- EPOLLERR

 　　　　// 对epoll实例进行管理：添加、删除、修改文件描述符信息

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

　　　　　　- 参数：

　　　　　　　　- epfd : epoll实例对应的文件描述符

　　　　　　　　- op : 要进行的操作

　　　　　　　　　　EPOLL_CTL_ADD: 添加

　　　　　　　　　　EPOLL_CTL_MOD: 修改

　　　　　　　　　　EPOLL_CTL_DEL: 删除

　　　　　　　　- fd : 要检测的文件描述符

　　　　　　　　- event : 检测文件描述符什么事情

　　

　　　　// 检测函数

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

　　　　　　- 参数：

　　　　　　　　- epfd : epoll实例对应的文件描述符

　　　　　　　　- events : 传出参数，保存了发送了变化的文件描述符的信息

　　　　　　　　- maxevents : 第二个参数结构体数组的大小

　　　　　　　　- timeout : 阻塞时间

　　　　　　　　　　- 0 : 不阻塞 

　　　　　　　　　　- -1 : 阻塞，直到检测到fd数据发生变化，解除阻塞

　　　　　　　　　　- > 0 : 阻塞的时长（毫秒）

　　　　　　- 返回值：

　　　　　　　　- 成功，> 0，返回发送变化的文件描述符的个数

　　　　　　　　- 失败，-1

 

3.2 Epoll 的工作模式：

　　　　LT 模式 （水平触发）

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。

　　　　假设委托内核检测读事件 -> 检测fd的读缓冲区 读缓冲区有数据 - > epoll检测到了会给用户通知

　　　　　　a.用户不读数据，数据一直在缓冲区，epoll 会一直通知

　　　　　　b.用户只读了一部分数据，epoll会通知

　　　　　　c.缓冲区的数据读完，epoll不通知

　　　　ET 模式（边沿触发）

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。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）。 ET 模式在很大程度上减少了 epoll 事件被重复触发的次数，因此效率要比 LT 模式高。epoll 工作在 ET 模式的时候，必须使用非阻塞套接口，以避免由于一个文件句柄的阻塞读/阻塞写 操作把处理多个文件描述符的任务饿死。

 

　　假设委托内核检测读事件 -> 检测fd的读缓冲区 读缓冲区有数据 - > epoll检测到了会给用户通知

　　　　　　a.用户不读数据，数据一直在缓冲区中，epoll下次检测时不通知

　　　　　　b.用户只读了一部分数据，epoll不通知

　　　　　　c.缓冲区的数据读完，epoll不通知

　　struct epoll_event {

　　　　uint32_t events; /* Epoll events */

　　　　epoll_data_t data; /* User data variable */

　　};

　　常见的Epoll检测事件：（event.events 取值）

　　EPOLLIN 　　　　表示该连接上有数据可读（tcp连接远端主动关闭连接，也是可读事件，因为需要处理发送来的FIN包； FIN包就是read 返回 0）
　　EPOLLOUT 　　　表示该连接上可写发送（主动向上游服务器发起⾮阻塞tcp连接，连接建⽴成功事件相当于可写事件）
　　EPOLLRDHUP 　  表示tcp连接的远端关闭或半关闭连接
　　EPOLLPRI 　　　 表示连接上有紧急数据需要读
　　EPOLLERR           表示连接发⽣错误
　　EPOLLHUP           表示连接被挂起
　　EPOLLET              将触发⽅式设置为边缘触发，系统默认为⽔平触发
　　EPOLLONESHOT 表示该事件只处理⼀次，下次需要处理时需重新加⼊epoll