Linux下的I/O多路复用select，poll，epoll浅析

转载：http://blog.csdn.net/u011573853/article/details/52105365

一，什么是I/O多路复用
所谓的I/O多路复用在英文中其实叫 I/O multiplexing. 就是单个线程，通过记录跟踪每个I/O流(sock)的状态，来同时管理多个I/O流。)
I/O multiplexing 这里面的 multiplexing 指的其实是在单个线程通过记录跟踪每一个Sock(I/O流)的状态(对应空管塔里面的Fight progress strip槽)来同时管理多个I/O流. 发明它的原因，是尽量多的提高服务器的吞吐量
如图
这里写图片描述
二，多路复用的方式很多今天说一下select原理：
select函数会等待，直到描述符句柄中有可用资源（可读、可写、异常）时返回，返回值是可用资源（可读/可写/异常等）描述符的个数(>0),0代表超时，-1代表错误。具体到内核大致是：当应用程序调用select() 函数, 内核就会相应调用 poll_wait()，把当前进程添加到相应设备的等待队列上，然后将该应用程序进程设置为睡眠状态。直到该设备上的数据可以获取，然后调用wake_up()唤醒该应用程序进程。select每次轮训都会遍历所有描述符句柄。
使用select模型的路径图如下
这里写图片描述
三，函数
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,
fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
nfds: 监控的文件描述符集里最大文件描述符加1,因为此参数会告诉内核检测前多少个文件描述符的状态
readfds:监控有读数据到达文件描述符集合,传入传出参数
writefds:监控写数据到达文件描述符集合,传入传出参数
exceptfds:监控异常发生达文件描述符集合,如带外数据到达异常,传入传出参数
timeout:定时阻塞监控时间,3种情况
1.NULL,永远等下去
2.设置timeval,等待固定时间
3.设置timeval里时间均为0,检查描述字后立即返回,轮询
struct timeval {
long tv_sec; /* seconds */
long tv_usec; /* microseconds */
};
void FD_CLR(int fd, fd_set *set); 把文件描述符集合里fd清0
int FD_ISSET(int fd, fd_set *set); 测试文件描述符集合里fd是否置1
void FD_SET(int fd, fd_set *set); 把文件描述符集合里fd位置1
void FD_ZERO(fd_set *set); 把文件描述符集合里所有位清0

select函数执行结果：执行成功则返回文件描述词状态已改变的个数，如果返回0代表在描述词状态改变前已超过timeout时间，没有返回；当有错误发生时则返回-1，错误原因存于errno，此时参数readfds，writefds，exceptfds和timeout的值变成不可预测。错误
值可能为：
EBADF 文件描述词为无效的或该文件已关闭
EINTR 此调用被信号所中断
EINVAL 参数n 为负值。
ENOMEM 核心内存不足
要想理解好select模型就要理解好fd_set,为说明方便，取fd_set长度为1字节，fd_set中的每一bit可以对应一个文件描述符fd。则1字节长的fd_set最大可以对应8个fd。
（1）执行fd_set set;FD_ZERO(&set);则set用位表示是0000,0000。
（2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);后set变为0001,0000(第5位置为1)
（3）若再加入fd＝2，fd=1,则set变为0001,0011
（4）执行select(6,&set,0,0,0)阻塞等待
（5）若fd=1,fd=2上都发生可读事件，则select返回，此时set变为0000,0011。注意：没有事件发生的fd=5被清空。
基于上面的讨论，可以轻松得出select模型的特点：
（1)可监控的文件描述符个数取决与sizeof(fd_set)的值。我这边服务器上sizeof(fd_set)＝128，每bit表示一个文件描述符，则我服务器上支持的最大文件描述符是128*8=1024。
（2）将fd加入select监控集的同时，还要再使用一个数据结构array保存放到select监控集中的fd，一是用于再select返回后，array作为源数据和fd_set进行FD_ISSET判断。二是select返回后会把以前加入的但并无事件发生的fd清空，则每次开始 select前都要重新从array取得fd逐一加入（FD_ZERO最先），扫描array的同时取得fd最大值maxfd，用于select的第一个参数。
（3）可见select模型必须在select前循环array（加fd，取maxfd），select返回后循环array（FD_ISSET判断是否有时间发生）。

四，优缺点
1，简单，可以在多种系统上使用
2，select能监听的文件描述符个数受限于FD_SETSIZE,一般为1024,单纯改变进程打开
的文件描述符个数并不能改变select监听文件个数
3，解决1024以下客户端时使用select是很合适的,但如果链接客户端过多,select采用的是轮询模型,会大大降低服务器响应效率,不应在select上投入更多精力
五案例
server

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<ctype.h>#define MAXLINE 80
#define SERV_PORT 8000int main(int atgc,char*argv[])
{int i,maxi,maxfd,listenfd,connfd,sockfd;int nready,client[FD_SETSIZE];ssize_t n;fd_set rset,allset;char buf[MAXLINE];char str[INET_ADDRSTRLEN];socklen_t cliaddr_len;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);maxfd = listenfd;maxi = -1;for(i =0;i<FD_SETSIZE;i++){client[i] = -1;}FD_ZERO(&allset);FD_SET(listenfd,&allset);for(;;){rset = allset;nready = select(maxfd+1,&rset,NULL,NULL,NULL);if(nready < 0){printf("select error \n");exit(1);}if(FD_ISSET(listenfd,&rset)){cliaddr_len = sizeof(cliaddr);connfd = accept(listenfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&cliaddr_len);printf("received from %s at PORT %d \n",inet_ntop(AF_INET,&cliaddr.sin_addr,str,sizeof(str)),ntohs(cliaddr.sin_port));for(i=0;i<FD_SETSIZE;i++)if(client[i]<0){client[i]=connfd;break;}if(i==FD_SETSIZE){printf("too many clients\n");exit(1);}FD_SET(connfd,&allset);if(connfd>maxfd)maxfd = connfd;if(i>maxi)maxi = i;if(--nready==0)continue;}for(i=0;i<=maxi;i++){if((sockfd = client[i])<0)continue;if(FD_ISSET(sockfd,&rset)){if((n=read(sockfd,buf,MAXLINE))==0){close(sockfd);FD_CLR(sockfd,&allset);client[i]=-1;}else{int j;for(j=0;j<n;j++)buf[j]=toupper(buf[j]);write(sockfd,buf,n);}if(--nready ==0)break;}}}close(listenfd);return 0;
}1
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client

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<netinet/in.h>
#include<string.h>
#define MAXLINE 80
#define SERV_PORT 8000int main(int argc,char *argv[])
{struct sockaddr_in servaddr;char buf[MAXLINE];int sockfd,n;sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));servaddr.sin_family = AF_INET;inet_pton(AF_INET,"192.168.1.103",&servaddr.sin_addr);servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));while(fgets(buf,MAXLINE,stdin)!=NULL){write(sockfd,buf,strlen(buf));n = read(sockfd,buf,MAXLINE);if (n==0){printf("the other ha closed\n");break;}elsewrite(STDOUT_FILENO,buf,n);}close(sockfd);return 0;
}1
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