IO多路转接模型：select/poll/epoll

对大量描述符进行事件监控(可读/可写/异常)

select模型

用户定义描述符的事件监控集合 fd_set（这是一个位图，用于存储要监控的描述符）; 用户将需要监控的描述符添加到集合中，这个描述符集合的大小取决于一个宏 _FD_SETSIZE = 1024
将集合拷贝到内核中进行监控；在内核中对所有描述符进行轮询遍历判断是否有关心的事件就绪
若有描述符就绪，从监控集合中将未就绪的描述符移除；然后调用返回（返回给用户就绪描述符饥集合）
用户遍历所有描述符，判断描述符是否在集合中，若在集合中，则这个描述符是就绪描述符
用户针对这个就绪的描述符事件进行相应的处理，用户仅仅对大量描述符中就绪的描述符进行处理，sock程序就可以避免accept/recv处因为没有数据到来而阻塞

#include <sys/select.h>
/* According to earlier standards */
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h> 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 */ //秒
long tv_usec; /* microseconds */ //微秒
};

void FD_CLR(int fd, fd_set *set); //把文件描述符集合里fd清0 将指定的描述符从集合中移除
int FD_ISSET(int fd, fd_set *set); //测试文件描述符集合里fd是否置1 判断指定的描述符是否在集合中
void FD_SET(int fd, fd_set *set); //把文件描述符集合里fd位置1 将指定的描述符添加到集合中
void FD_ZERO(fd_set *set); //把文件描述符集合里所有位清0 清空描述符集合

select优缺点

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
每次都需要重新将监控集合拷贝到内核（select会修改集合）
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
select返回给用户就绪的描述符集合（将未就绪的描述符从集合中移除），但是并没有告诉用户具体哪一个描述符就绪，需要用户遍历描述符是否在集合中来判断哪个描述符就绪，这个判断是一个遍历的过程，性能随着描述符增多而下降，并且复杂度更高
select每次返回都会修改监控集合，因此每次都需要用户重新向集合中添加所有描述符
select遵循posix标准，支持跨平台；
监控的超时等待时间可以精细到微秒

class Select
{public:Add(TcpSocket &sock); //将用户关心socket描述符添加到监控集合中Del(TcpSocket &sock); //从监控集合中移除不再关心的socket描述符Wait(std::vector<TcpSocket>&list,init timeout_sec,int timeout_sec); //从开始监控，并且向用户返回就绪的socket
private:fd_set _rfds;int_max_fd;
};

实现

select服务端

/** 这个文件封装一个select类，向外界提供更加简单点的select监控接口*  将用户关心socket描述符添加到监控集合中* 从监控集合中移除不再关心的socket描述符* 从开始监控，并且向用户返回就绪的socket*/#include<vector>
#include<sys/select.h>
#include"tcpsocket.hpp"class Select
{public:Select(): _max_fd (-1){FD_ZERO(&_rfds);//清空集合}   bool Add(TcpSocket &sock){int fd = sock.GetFd();//void FD_SET(int fd,fd_set *set)//向set描述符集合中添加fd描述符FD_SET(fd,&_rfds);_max_fd = _max_fd > fd ? _max_fd : fd; return true;}   bool Del(TcpSocket &sock){int fd = sock.GetFd();//void FD_CLR(int fd, fd_set *set)//从set描述符集合中移除FD_CLR(fd,&_rfds);//从最大的往前遍历for(int i = _max_fd ; i >= 0; i--){//int FD_ISSET(int fd, fd_set *set);//判断fd描述符是否还在set集合中if(FD_ISSET(i,&_rfds)){_max_fd = i;break;}}} bool Wait(std::vector<TcpSocket>&list,int timeout_sec = 3){struct timeval tv; //超时时间tv.tv_sec = timeout_sec;tv.tv_usec = 0;fd_set set = _rfds;int ret =select(_max_fd + 1, &set, NULL ,NULL,&tv);if(ret < 0){perror("select error");return false;}else if(ret == 0){std::cout<< "select wait timeout\n";return false;}for(int i =0 ;i <= _max_fd; i++){if(FD_ISSET(i,&set)){TcpSocket sock;sock.SetFd(i);list.push_back(sock);}}return true;} private:fd_set _rfds;int _max_fd;
};int main()
{TcpSocket sock;CHECK_RET(sock.Socket());CHECK_RET(sock.Bind("192.168.145.132",9000));CHECK_RET(sock.Listen());Select s;s.Add(sock);                                                                while(1){std::vector<TcpSocket>list;if(s.Wait(list)==false){continue;}for(int i =0 ; i < list.size(); i++){//判读socket是监听socket还是通信socketif(list[i].GetFd() == sock.GetFd()){TcpSocket clisock;std::string cli_ip;uint16_t cli_port;if(sock.Accept(clisock,cli_ip,cli_port) == false){continue;}s.Add(clisock);}else{std::string buf;if(list[i].Recv(buf) == false){s.Del(list[i]);list[i].Close();continue;}std::cout<<"client say:"<<buf <"\n";}}}sock.Close();return 0;
}

客户端


#include <signal.h>
#include "tcpsocket.hpp"void sigcb(int signo){printf("connection closed\n");
}
int main(int argc, char *argv[])
{if (argc != 3) {std::cout<<"./tcp_cli 192.168.122.132 9000\n";return -1; }   std::string ip = argv[1];uint16_t port = atoi(argv[2]);signal(SIGPIPE, sigcb);TcpSocket sock;CHECK_RET(sock.Socket());CHECK_RET(sock.Connect(ip, port));while(1) {std::string buf;std::cout <<"client say:";fflush(stdout);std::cin >>buf;sock.Send(buf);}sock.Close();return 0;
}

poll模型

poll函数接口

#include <poll.h>int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);// pollfd结构
struct pollfd {  int   fd;         /* 用户监控的描述符 */   short events;     /* 描述符关心的事件 POLLIN/POLLOUT */  short revents;    /* 描述符实际就绪的事件 */ }

参数说明

fds是一个poll函数监听的结构列表. 每一个元素中, 包含了三部分内容: 文件描述符, 监听的事件集合, 返回的事件集合. 描述事件结构数组
nfds表示fds数组的长度. 要监控事件个数
timeout表示poll函数的超时时间, 单位是毫秒(ms).

events和revents的取值:

POLLIN 普通或带外优先数据可读,即POLLRDNORM | POLLRDBAND
POLLRDNORM 数据可读
POLLRDBAND 优先级带数据可读
POLLPRI 高优先级可读数据
POLLOUT 普通或带外数据可写
POLLWRNORM 数据可写
POLLWRBAND 优先级带数据可写
POLLERR 发生错误
POLLHUP 发生挂起
POLLNVAL 描述字不是一个打开的文件

实现原理

用户定义描述符事件数组，向数组中添加关心的描述符事件
将pollfd事件数组，拷贝到内核中进行遍历轮询监控，判断是否就绪了关心的事件
将描述符实际就绪的事件信息，标记到revents中
当poll返回。用户遍历pollfd事件数组，通过revents判断描述符就绪了什么事件，进而进行相应操作

使用poll监控标准输入

#include <poll.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>int main() { struct pollfd poll_fd;  //一个结构就是一个事件poll_fd.fd = 0;  poll_fd.events = POLLIN;  //可读事件for (;;) {    //开始监控int ret = poll(&poll_fd, 1, 1000); //遍历轮询   if (ret < 0) {    //出错perror("poll");    continue;    }if (ret == 0) {      //超时printf("poll timeout\n");     continue;   } //ret>0if (poll_fd.revents == POLLIN) {  //看事件是否为我们所关心的事件 //对事件进行操作    char buf[1024] = {0};      read(0, buf, sizeof(buf) - 1);     printf("stdin:%s", buf);    }  }
}

poll有缺点分析

优点：

poll采用事件结构形式对描述符关心的事件进行监控，简化了select三种集合操作的流程
poll没有描述符上限的设置

缺点

不能跨平台，只能用于Linux下
在内核中进行轮询遍历判断就绪，性能随着描述符事件增多而下降
也不会告诉用户具体哪一个描述符就绪，需要用户轮询遍历判断事件中的revents；进而对描述符进行相应事件操作 revents & POLLIN/POLLOUT
需要每次都向内核中拷贝监控信息

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select模型

select优缺点

实现

poll模型

poll函数接口

参数说明

events和revents的取值:

实现原理

使用poll监控标准输入

poll有缺点分析

优点：

缺点

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