Linux网络编程---多路I/O转接服务器(一)

多路I/O转接服务器

多路IO转接服务器也叫做多任务IO服务器。该类服务器实现的主旨思想是，不再由应用程序自己监视客户端连接，取而代之由内核替应用程序监视文件。

主要使用的方法有三种：select、poll、epoll

一、select多路IO转接

让内核去监听客户端连接(lfd)，当有客户端进行连接时它会让server去调用accetp(当有连接时才去立即调用，而不是一直阻塞等待)得到一个用于通信的cfd，最后让内核监管着lfd和所有cfd

即(原理)：借助内核， select 来监听，客户端连接、数据通信事件。

函数解析

1. 底层原理：

文件描述符表：前三个默认被系统占用

fd_set集合：传入的是文件描述符，传出所有监听集合(读、写、异常)中满足对应事件的总数

fd_set集合的本质：位图(二进制位存放文件描述符的状态)，默认都为0，若发生变化就置1

2. 语法：

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

参数：

nfds：监听的所有文件描述符中，最大文件描述符+1；
readfds：读文件描述符监听集合。传入传出参数
writefds：写文件描述符监听集合。传入传出参数，通常传NULL
exceptfds：异常文件描述符监听集合。传入传出参数，通常传NULL
timeout：大于0表示设置监听时长，NULL表示阻塞监听，0表示非阻塞监听 while轮询

返回值：

大于0：所有监听集合(读、写、异常)中满足对应事件的总数
0：没有满足监听条件的文件描述符
-1：error

3. 监听集合对应函数：

1.void FD_ZERO(fd_set *set); ---清空一个文件描述符集合

fd_set rset； FD_ZERO(&rset)； //将rset集合清空

2.void FD_SET(int fd, fd_set *set); ---将待监听的文件描述符添加到监听集合中

FD_SET(3,&rset)；FD_SET(5,&rset)； //将文件描述符3和5加到rset集合中

3.void FD_CLR(int fd, fd_set *set); ---将一个文件描述符从监听集合中移除

4.int FD_ISSET(int fd, fd_set *set); ---判断一个文件描述符是否在该集合中

4. 思路分析：

代码实现：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <ctype.h>#include "wrap.h"#define SERV_PORT 6666int main(int argc, char *argv[])
{int listenfd, connfd;               // connect fdchar buf[BUFSIZ];         /* #define INET_ADDRSTRLEN 16 */struct sockaddr_in clie_addr, serv_addr;socklen_t clie_addr_len;listenfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);  int opt = 1;setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));bzero(&serv_addr, sizeof(serv_addr));serv_addr.sin_family= AF_INET;serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);serv_addr.sin_port= htons(SERV_PORT);Bind(listenfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr));Listen(listenfd, 128);fd_set rset,allset;//定义读集合，备份集合allsetint ret,maxfd = 0,n;maxfd = listenfd;//最大文件描述符FD_ZERO(&allset);//清空监听集合FD_SET(listenfd,&allset);//将监听fd添加到监听集合中while(1){rset = allset;//备份select(maxfd+1,&rset,NULL,NULL,NULL);//使用select监听if (ret < 0){perr_exit("select error");}if (FD_ISSET(listenfd,&rset))//listenfd满足监听的读事件{clie_addr_len = sizeof(clie_addr);connfd = Accept(listenfd,(struct sockaddr *)&clie_addr,&clie_addr_len);//建立连接---不会阻塞FD_SET(connfd,&allset);//将新产生的fd添加到监听集合中监听数据读事件if (maxfd < connfd)//修改maxfdmaxfd = connfd;if (ret = 1)//说明select只返回一个，并且是listenfd，后续执行无需执行continue;    }for (int i = listenfd+1;i <= maxfd;i++)//处理 满足读事件的fd{if (FD_ISSET(i,&rset))//找到满足读事件的fd{n = read(i,buf,sizeof(buf));if (n == 0)//检测到客户端已经关闭连接{Close(i);FD_CLR(i,&allset);//将关闭的fd移除出监听集合}else if (n == -1){perr_exit("read error");}for (int j = 0;j<n;j++){buf[j] = toupper(buf[j]);}write(i,buf,n);write(STDOUT_FILENO,buf,n);}}}Close(listenfd);return 0;
}

select优缺点：

优点：跨平台。win、linux、macOS、Unix、类Unix、mips

缺点：监听上限受文件描述符限制。最大 1024.

检测满足条件的fd，自己添加业务逻辑提高小。提高了编码难度。

*二、poll多路IO转接(半成品)：在实际开发过程中用处不大，了解即可，重点是epoll

函数解析：

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

参数：

       fds：监听的文件描述符【数组】

struct pollfd

        {
   int fd：待监听的文件描述符
               short events：待监听的文件描述符对应的监听事件

取值：POLLIN、POLLOUT、POLLERR

               short revnets：传入时，给0。如果满足对应事件的话，返回非0 --> POLLIN、POLLOUT、POLLERR
           }

       nfds: 监听数组的，实际有效监听个数。

       timeout: > 0: 超时时长。单位：毫秒。

                     -1:   阻塞等待

                     0：不阻塞

返回值：

        返回满足对应监听事件的文件描述符总个数。

思路分析：

代码实现：

/* server.c */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <poll.h>
#include <errno.h>
#include "wrap.h"#define MAXLINE 80
#define SERV_PORT 6666
#define OPEN_MAX 1024int main(int argc, char *argv[])
{int i, j, maxi, listenfd, connfd, sockfd;int nready;ssize_t n;char buf[MAXLINE], str[INET_ADDRSTRLEN];socklen_t clilen;struct pollfd client[OPEN_MAX];struct sockaddr_in cliaddr, servaddr;listenfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));servaddr.sin_family = AF_INET;servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);Bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));Listen(listenfd, 20);client[0].fd = listenfd;client[0].events = POLLIN; 					/* listenfd监听普通读事件 */for (i = 1; i < OPEN_MAX; i++)client[i].fd = -1; 							/* 用-1初始化client[]里剩下元素 */maxi = 0; 										/* client[]数组有效元素中最大元素下标 */for ( ; ; ) {nready = poll(client, maxi+1, -1); 			/* 阻塞 */if (client[0].revents & POLLIN) { 		/* 有客户端链接请求 */clilen = sizeof(cliaddr);connfd = Accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &clilen);printf("received from %s at PORT %d\n",inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr, str, sizeof(str)),ntohs(cliaddr.sin_port));for (i = 1; i < OPEN_MAX; i++) {if (client[i].fd < 0) {client[i].fd = connfd; 	/* 找到client[]中空闲的位置，存放accept返回的connfd */break;}}if (i == OPEN_MAX)perr_exit("too many clients");client[i].events = POLLIN; 		/* 设置刚刚返回的connfd，监控读事件 */if (i > maxi)maxi = i; 						/* 更新client[]中最大元素下标 */if (--nready <= 0)continue; 						/* 没有更多就绪事件时,继续回到poll阻塞 */}for (i = 1; i <= maxi; i++) { 			/* 检测client[] */if ((sockfd = client[i].fd) < 0)continue;if (client[i].revents & POLLIN) {if ((n = Read(sockfd, buf, MAXLINE)) < 0) {if (errno == ECONNRESET) { /* 当收到 RST标志时 *//* connection reset by client */printf("client[%d] aborted connection\n", i);Close(sockfd);client[i].fd = -1;} else {perr_exit("read error");}} else if (n == 0) {/* connection closed by client */printf("client[%d] closed connection\n", i);Close(sockfd);client[i].fd = -1;} else {for (j = 0; j < n; j++)buf[j] = toupper(buf[j]);Writen(sockfd, buf, n);}if (--nready <= 0)break; 				/* no more readable descriptors */}}}return 0;
}

read 函数返回值：
   > 0：实际读到的字节数

   =0： socket中，表示对端关闭。close（）

   -1：如果 errno == EINTR 被异常终端。需要重启。

如果 errno == EAGIN 或 EWOULDBLOCK 以非阻塞方式读数据，但是没有数据。需要，再次读。

如果 errno == ECONNRESET 说明连接被重置。需要 close（），移除监听队列。

错误。

poll优缺点：