多路复用

合集 - 网络编程(4)

1.封装socket网络通信模块2023-08-162.TCP和UDP2023-08-15

3.多路复用2023-08-17

4.线程管理2023-08-18

收起

TCP服务端处理多客户端任务：

原来是通过开启子进程来服务不同的客户端，当客户端退出时就关闭该子进程

多路复用：

使用一个进程(有且只有一个主进程)同时若干个文件描述符，这种读写模式称为多路复用

多用于TCP的服务端，用于监控客户端的连接和数据的收发

优点：不需要频繁地创建、销毁进程，从而节约内存资源、时间资源，也避免了进程之间的竞争、等待

缺点：要求单个客户端的任务不能太耗时，否则其它在等待的客户端就会感知"卡顿"

适用场景：适合并发量大、但任务短小的场景，例如Web服务器

实现多路复用相关函数：

select:

    fd_set  是文件描述符的集合，就是一种数据类型，使用以下函数进行操作：

    void FD_ZERO(fd_set *set);
    功能：清空集合set，最好在一开始先清空集合再使用
    void FD_SET(int fd, fd_set *set);
    功能：向集合set中添加fd
    void FD_CLR(int fd, fd_set *set);
    功能：从集合set中删除fd
    int  FD_ISSET(int fd, fd_set *set);
    功能：判断集合set中是否存在fd 
    返回值：存在返回1 不存在返回0

    int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
        功能：同时监控若干个文件描述符的读、写、异常操作是否发生
        nfds：被监控的文件描述符中最大值+1
        readfds：监控读操作的文件描述符集合
        writefds：监控写操作的文件描述符集合
        exceptfds：监控异常操作的文件描述符集合
        timeout：设置超时时间
            NULL        一直阻塞，直到某个被监控的描述符发生对应的操作才返回
            0秒0微秒    非阻塞，直接返回
            大于0秒     等待该时间，超时了会返回0
                    如果设置超时时间，返回时该参数变成剩余时间
        返回值：成功返回发生相应操作的文件描述符个数
                超时返回0，错误返回-1

** 注意：**readfds、writefds、exceptfds这三个参数既是输入也是输出，在调用时需要往里面存放想要监控的文件描述符，当监控到发生操作时，该函数会给这三个参数只返回发生相应操作的文件描述符，存储在这三个参数中，需要调用者逐个判断获取

select设计不合理的地方：

1、每次调用select都需要向它传递要监控的描述符的集合

2、当调用结束后如果想要知道哪些描述符发生了操作，需要拿着所有被监控的描述符对着集合进行逐一测试

select的优点：

是最早出现的多路复用函数，几乎所有的操作系统都支持，系统的兼容性高

pselect:

只是select功能的部分增强，没有本质区别、缺点一致

int pselect(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds, const struct timespec *timeout,const sigset_t *sigmask);
    功能、原理与select大致类似

**  区别：**

1、超时时间结构类型不同、pselect的精度更高

2、pselect的超时时间参数不会改变，因此无法获取剩余时间，但是select的会改变，可以获取剩余时间，但是每次都需要重新设置

3、pselect监控时可以通过sigmask参数设置想要屏蔽的信号，可以保障pselect在监控过程中不会被信号中断

poll：

    struct pollfd 
    {
        int   fd;     // 被监控的文件描述符
        short events; // 想要监控的事件
        short revents;// 实际监控到发生的事件
        //  有以下事件：
            POLLIN  普通优先级读事件
            POLLPRI 高优先级的读事件
            POLLOUT 写事件
            POLLRDHUP   对方socket关闭
            POLLERR 错误事件，无需监控也可发生
            POLLHUP 对方挂起事件，无需监控也可发生
            POLLNVAL 非法描述符事件，无需监控也可发生
    };

    int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);
        功能：监控文件描述符是否发生了相应事件
        fds:pollfd结构连续内存的首地址
        nfds：连续内存fds的成员数量
        timeout：超时时间 单位毫秒
        返回值：成功返回发生相应操作的文件描述符个数
                超时返回0，错误返回-1

epoll:

    int epoll_create(int size);
        功能：创建一个epoll对象，该对象用于保存要监控的描述符
        size：epoll对象能够保存的描述符数量
        返回值：成功返回epoll对象

    int epoll_ctl(int epfd,int op,int fd,struct epoll_event *event);
        功能：控制epoll对象，添加、删除监控的描述符
        epfd：要操作的epoll对象描述符
        op：
            EPOLL_CTL_ADD   添加描述符
            EPOLL_CTL_DEL   删除描述符
            EPOLL_CTL_MOD   修改描述符要监控的事件
        fd：epoll对象中要控制的描述符
        event:事件结构体
            struct epoll_event 
            {
            uint32_t     events;   // 要监控的事件 功能参考poll
            epoll_data_t data;     /* User data variable */
            };
        功能：成功0 失败-1

    int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events,int maxevents, int timeout);
        功能：监控epoll对象中的文件描述符，并返回产生事件的文件描述符
        epfd：要监控的epoll对象描述符
        events：输出型参数，用于获取发生事件的描述符数组
        maxevents：最多监控的描述符的数量
        timeout：超时时间 毫秒
        返回值：成功返回发生事件的描述符数量
                0超时 -1错误

epoll与select比较的优点：

1、只需要设置一次要监控的描述符即可

2、epoll会把发生了事件的描述符返回到结构数组，只需要遍历该数组就可以处理所有发生了事件的描述符，但是select返回到集合中，需要遍历全部被监控的描述符才能处理

epoll的条件触发和边缘触发：

条件触发：当文件缓冲区中有要读取的数据时就会触发事件，也是epoll的默认触发

边缘触发：当数据产生了发送的动作时就会触发且只触发一次，就算文件缓冲区中要有需要读取的数据也不再触发事件

1、把要监控描述符的事件增加 EPOLLET 边缘触发选项

2、要循环读取数据直到读取完为止 while(-1 != recv)

3、recv读取时必须以非阻塞方式读取MSG_DONTWAIT，否则就一直阻塞，形成死锁

4、当recv返回-1表示数据读取完毕，0表示断开

优点：相比于条件触发，边缘触发能够大大降低触发次数，从而提高epoll的效率