Linux高级IO——多路转接之select

文章目录

0. 前言
1. 五种IO模型
2. 非阻塞IO
3. select
select_server
select缺点

0. 前言

在应用层用户调用read或者write方法读写的时候，本质上是是拷贝函数。

例如调用read的时候，如果底层接收缓冲区没有数据，那么就会阻塞式的等待；调用write时，如果发送缓冲区是满的，此时上层也无法将数据拷贝给下层，也会阻塞式等待。

所以IO = 等待 + 拷贝，要进行拷贝，就先要判断读写事件是否就绪。

判断IO是否高效，就是看单位时间内，等的比重占比越小，IO效率越高。

1. 五种IO模型

大三

阻塞IO

钓鱼佬A：拿着鱼竿钓鱼，在钓鱼的时候，什么也不干，就盯着鱼漂，鱼咬钩就拉杆，不咬钩就一直盯着
非阻塞IO（非阻塞轮询）

钓鱼佬B：拿着鱼竿钓鱼，钓鱼的时候，玩一会手机，看一下鱼漂；吃一点东西，看一下鱼漂
信号驱动IO

钓鱼佬C：在鱼竿顶部放了一个铃铛，然后开始钓鱼，期间一直干自己的事情，当听见铃铛响的时候，才拉鱼竿
多路复用IO

钓鱼佬D：这是一个充值玩家，一次性放很多很多鱼竿，来回走路检测这些鱼竿是否钓到鱼
异步IO

钓启强：启强不爱钓鱼，但是喜欢吃鱼，找到老墨，让老墨去钓鱼，跟老墨说：“你去帮我钓鱼吧，钓到鱼跟我打电话，我去公司办点事”

启强不是执行钓鱼的人，而是钓鱼的发起者，真正执行的老墨

前四种IO都是同步IO

阻塞和非阻塞的区别：

IO = 等 + 拷贝，在本质上，它们等待的时间都一样，说非阻塞效率高，本质上其实是在等待期间，能进行别的操作

同步和异步的区别：

凡是参与了IO（参与等或者拷贝），都属于同步IO；

异步IO只是IO的发起者，并不参与IO的过程。

2. 非阻塞IO

将文件描述符设置为非阻塞，可以采用fcntl接口

 #include <unistd.h>#include <fcntl.h>int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );

一下采用F_GETFD，先获取文件描述符的标记，然后再添加非阻塞选项

#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<cerrno>using namespace std;void SetNOBlock(int fd)
{int fl = fcntl(fd, F_GETFD);	//获取文件描述符标记if(fl < 0)  //获取失败{perror("fcntl");return;}fcntl(fd, F_SETFL, fl | O_NONBLOCK);	//添加非阻塞选项cout << "set " << fd << " non block success" << endl;
}int main()
{char buffer[1024];SetNOBlock(0);sleep(1);while(true){// printf("Please Enter: ");// fflush(stdout);ssize_t n = read(0, buffer, sizeof(buffer)-1);if(n > 0){buffer[n-1] = 0;cout << "echo: " << buffer << endl;}else if(n == 0){cout << "read done" << endl;break;}else{if(errno == EWOULDBLOCK){cout << "0 fd data not ready, please try again" << endl;sleep(1);}else{cerr << "read error, fd = " << n << ", erron code: " << errno << " error str:" << strerror(errno) << endl;break;}}}return 0;
}

当read的错误码为11(EWOULDBLOCK)时，表示当前文件描述符数据没有就绪

3. select

select只负责IO当中的等待，它可以等待多个文件描述

#include <sys/select.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);

int nfds：等待多个文件描述符当中值最大的+1，即maxfd+1
fd_set *readfds：输入输出型参数，fd_set是内核提供的一种数据类型，是位图，readfds表示关心读事件

比如说要关心0、1、2、3文件描述符的读事件，将位图设置为0000 1111这是输入的时候

当其中某个文件描述符已经就绪。假设3号文件描述符就绪，则返回0000 1000
fd_set *writefds：关心写事件
fd_set *exceptfds：关心异常事件
struct timeval *timeout：输入输出型参数，时间结构体，设置等待时长
```
struct timeval {time_t      tv_sec;     //时间戳，以秒为单位suseconds_t tv_usec;    //微秒
};
```
例如struct timeval timeout = [5,0]，表示每隔5秒timeout一次，如果2秒之后有文件描述符就绪，返回[3,0]；struct timeval timeout = [0,0]，直接返回（非阻塞），也可也设置为null，表示阻塞等待
返回值：
> 0：有n个fd已经就绪
== 0：等待超时，没有错误，没有文件描述符就绪
< 0：等待出错

select_server

#pragma once
#include<iostream>
#include<string>
#include<sys/time.h>
#include"Socket.hpp"
#include"Log.hpp"static const int defaultport = 8089;
static const int fd_max = sizeof(fd_set) * 8;
const int defaultfd = -1;class SelectServer
{
public:SelectServer(uint16_t port = defaultport):_port(port){for(int i = 0; i < fd_max; i++)_rfd_array[i] = defaultfd;}bool Init(){_listensock.Socket();_listensock.Bind(_port);_listensock.Listen();return true;}void Accepter(){std::string clientip;uint16_t clientport;int sock = _listensock.Accept(&clientip, &clientport); // 此时并不会阻塞, 因为已经上层通知事件已经就绪if (sock < 0)return;log(Info, "accept success, %s:%d, sockfd:%d", clientip.c_str(), clientport, sock);// 添加到辅助数组int pos = 1;for (; pos < fd_max; pos++){if (_rfd_array[pos] != defaultfd)continue;elsebreak;}if (pos == fd_max) // 文件描述符满了(位图满了){log(Warning, "server is full, close %d", sock);close(sock);}else{_rfd_array[pos] = sock; // 套接字添加到辅助数组PrintFd();              // Debug}}void Recver(int fd, int pos){// 读事件就绪char buffer[1024];ssize_t n = read(fd, buffer, sizeof(buffer) - 1);if (n > 0){buffer[n] = 0;std::cout << "get a message: " << buffer << std::endl;}else if (n == 0){log(Info, "client quit, me too, close fd:%d", fd);close(fd);_rfd_array[pos] = defaultfd; // 从select中移除}else{log(Warning, " read error, close fd:%d", fd);close(fd);_rfd_array[pos] = defaultfd;}}void Dispatcher(const fd_set &rfds){for (int i = 0; i < fd_max; i++){int fd = _rfd_array[i];if(fd == defaultfd) continue;if (FD_ISSET(fd, &rfds)){if(fd == _listensock.Getfd())     //是监听套接字且已经就绪 获取新链接{Accepter();}else{Recver(fd, i);}//其他的事件...}}}void Start(){int listensock = _listensock.Getfd();_rfd_array[0] = listensock;for( ; ; ){fd_set rfds;    //读事件文件描述符FD_ZERO(&rfds); //位图清零int maxfd = _rfd_array[0];for(int i = 0; i < fd_max; i++) //每次都重新设定{if(_rfd_array[i] == defaultfd)  continue;FD_SET(_rfd_array[i], &rfds);   //该文件描述符设置进位图if(maxfd < _rfd_array[i]){maxfd = _rfd_array[i];log(Info, "maxfd update, maxfd: %d", maxfd);}}//不可直接accept, accept本质是检测并获取listensock上面的事件struct timeval timeout = {2, 0};    //输入输出型参数, 需要周期性重复设置//int s = select(maxfd + 1, &rfds, nullptr, nullptr, &timeout);int s = select(maxfd + 1, &rfds, nullptr, nullptr, nullptr);switch (s){case 0://等待超时std::cout << "time out: " << timeout.tv_sec << "." << timeout.tv_usec << std::endl;break;case -1://等待出错std::cerr << "select error" << std::endl;break;default://有事件就绪std::cout << "get a link" << std::endl; //如果上层一直不处理，底层则一直触发Dispatcher(rfds);break;}}}//Debugvoid PrintFd(){std::cout << "online fd list: ";for(int i = 0; i < fd_max; i++){if(_rfd_array[i] != defaultfd)std::cout << _rfd_array[i] << " ";}std::cout << std::endl;}~SelectServer(){}
private:MySocket _listensock;uint16_t _port;int _rfd_array[fd_max];
};