IO模型（阻塞，非阻塞，多路复用......)

1、IO分类

阻塞IO：

在进行IO操作的时候，如果资源没有准备就绪，会阻塞等待资源，如果资源准备就绪，获取资源。常用、简单、效率很低

非阻塞IO:

在进行IO操作的时候，如果资源没有准备就绪，返回错误信息，如果资源就绪，获取资源。任务不会阻塞、轮询访问，CPU的消耗较大。

IO多路复用:

将所有操作的IO放到一个集合中，检测集合中准备就绪的IO，然后进行IO操作。允许同时对多个IO进行操作。

信号驱动IO:

资源准备就绪的时候，由内核向任务发送SIGIO信号,任务接收到信号后，去进行IO操作。

2、阻塞IO

资源没有准备就绪，会一直等待

常用的有fgets、read、write、accept......

3、非阻塞IO

应用程序在执行的时候告诉系统，如果资源准备就绪，返回资源，如果没有准备就绪，返回错误信息。实现方式更多采用轮询(polling)

具体实现步骤：

1) 需要将IO设置为非阻塞模式；

  a, 打开的时候以非阻塞方式去得到；

       open(pathname, O_NONBLOCK | O_RDWR);

   b，在得到IO的文件描述符后，可以去设置。

#include <unistd.h>

#include <fcntl.h>

int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );

参数：

参数1：fd表示文件描述符

参数2：int cmd, ... /* arg */ 是可变参数，

返回值：

成功：

F_GETFL Value of file status flags.

F_SETFL 0；

失败返回-1，且修改errno的值。

4、IO多路复用

如果现在我来同时操作多个IO：

1) 采用阻塞模式，IO的操作顺序由代码决定，多个IO是依次执行；只要前面的IO没有执行，后面的IO即使资源准备就绪，也不会执行。达不到预期效果(谁准备就绪就执行谁)；

2) 非阻塞IO模式，多个IO需要进行轮询访问，导致CPU的消耗很大。不利于执行其它任务。

3) 采用多任务的方式：多进程，每一个任务创建一个进程，这个进程会有独立4g内存空间，通信比较麻烦。多线程，资源共享，需要解决资源互斥和线程的同步。

IO多路复用的思路：

1) 先创建一个文件描述符集合，将所要关心事件的描述符添加到集合中；

2) 调用函数来检测集合，检测是否有准备就绪的事件，有事件准备就绪函数返回，没有事件准备就绪函数阻塞

3) 得到准备就绪事件的文件描述符

4) 对准备就绪的文件描述符进行IO操作。

具体实现机制：

1. select机制：

   将关注的IO操作放到一个集合中，通过select函数实现阻塞遍历，当关注的文件描述符有对应的资源准备就绪，select函数就会返回，返回值代表资源准备就绪的个数，所以需要通过循环遍历判断是哪一种资源准备就绪。select函数每次检测都是从0~1023遍历。集合总共128字节。

编程流程：

   1、创建集合

2、清空集合

   3、将关注的文件描述符逐个加入集合

   4、select经数阻塞检测资源是否就绪

   5、循环遍历检测对应的资源

   6、做对应资源相关的操作

   7、回到第4步（用一个while循环）

1) 函数接口：

/* According to POSIX.1-2001 */

#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);

参数：

   参数1：nfds表示的是集合中最大文件描述符+1；

   参数2：readfds表示关心的读事件集合，不关心用NULL填充

   参数3：writefds表示关心的写事件集合，不关心用NULL填充

   参数4：exceptfds表示关心的其它事件集合，不关心用NULL填充

   参数5：timeout用来设置阻塞事件

               a，设置为NULL，表示检测时一直阻塞，直到有事件准备就绪函数才返回

               b，设置结构体的值

struct timeval {

   long tv_sec; /* seconds */

   long tv_usec; /* microseconds */

};

1) 成员的值都0，非阻塞方式检测；

2) 成员值为非零，有阻塞时间。

返回值：

   成功返回值准备就绪事件的个数；

   返回0表示检测超时

   失败返回-1，且修改errno的值。

void FD_CLR(int fd, fd_set *set); /* 将文件描述符fd从集合set中移除 */

int FD_ISSET(int fd, fd_set *set); /* 检测文件描述符fd是否在集合set，如果在返回非0，不在返回0 */

void FD_SET(int fd, fd_set *set); /* 将文件描述符fd添加到集合set中 */

void FD_ZERO(fd_set *set); /* 清空集合set */

2) 具体实现的思路：

   a，创建读事件集合readfds,并清空集合

       fd_set readfds;

       FD_ZERO(&readfds);

   b，将文件描述符listenfd添加到读事件集合readfds中；

       FD_SET(listenfd, &readfds);

   c，检测集合中是否有准备就绪的事件(阻塞方式检测，有事件准备就绪函数返回)

       ret = select(nfds, &readfds, NULL, NULL, NULL);

   d，得到准备就绪事件的文件描述符

       for(fd = 0; fd < nfds; fd++) {

       if (FD_ISSET(fd, &readfds)) {

   e，对fd进IO操作。

       }

   }

3) 特征：

   a，可以在一个任务中对多个阻塞io进程操作，谁先准备就绪，就操作谁。

   b，如果操作事件不同，需要定义多个集合；

   c，找到准备就绪的文件描述符的时候，需要从0遍历到最大的文件描述符。效率很低。

4.1示例代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h> /* superset of previous *//* 定义服务器初始化函数 */
int server_init(char *ip, short port)
{int ret;int listenfd;struct sockaddr_in srvaddr;/* 创建套接字文件 */listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (listenfd == -1) {perror("server_init->socket");return -1;}printf("listenfd = %d\n", listenfd);/* 绑定服务器的ip地址和端口号 */memset(&srvaddr, 0, sizeof(srvaddr));srvaddr.sin_family = AF_INET;srvaddr.sin_port = htons(port);if (ip == NULL)srvaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);elsesrvaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);ret = bind(listenfd, (const struct sockaddr *)&srvaddr, sizeof(srvaddr));if (ret == -1) {perror("server_init->bind");return -1;}printf("bind success\n");/* 启动监听 */ret = listen(listenfd, 1024);if (ret == -1) {perror("server_init->listen");return -1;}return listenfd;
}/* 定义服务器等待客户端的连接请求，建立连接 */
int server_wait_client_connect(int listenfd)
{int connfd;socklen_t addrlen;struct sockaddr_in cltaddr;//accept(listenfd, NULL, NULL);addrlen = sizeof(cltaddr);connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cltaddr, &addrlen);if (connfd == -1) {perror("accept");return -1;}printf("IP : %s connet success connfd = %d\n", inet_ntoa(cltaddr.sin_addr), connfd);return connfd;
}int main()
{int ret;int listenfd;int connfd;char buf[256];fd_set readfds;fd_set rdfds;int nfds;int fd;/* 1. 服务器的初始化 */listenfd = server_init("127.0.0.1", 8888);//listenfd = server_init(NULL, 8888);if (listenfd == -1)exit(EXIT_FAILURE);printf("server init success\n");/* 创建集合，清空集合 */FD_ZERO(&readfds);/* 将文件描述符listenfd添加到读事件集合readfds中 */FD_SET(listenfd, &readfds);nfds = listenfd + 1;while(1) {/* c， 调用select函数，检测是否有准备就绪的事件，如果没有事件准备就绪，函数一直阻塞。如果有事件准备就绪函数返回；*/rdfds = readfds;ret = select(nfds, &rdfds, NULL, NULL, NULL);if (ret == -1) {perror("select");return -1;}for (fd = 0; fd < nfds; fd++) {/* 找到准备就绪事件的文件描述符 */if (!FD_ISSET(fd, &rdfds))continue;/* 准备就绪事件，进行IO操作 */if (fd == listenfd) { /* 监听套接字 *//* 2. 服务器等待客户端的连接请求，建立连接 */connfd = server_wait_client_connect(listenfd);if (connfd == -1)exit(EXIT_FAILURE);/* 连接成功，将文件描述符connfd添加到读事件集合readfds中 */FD_SET(connfd, &readfds);nfds = (connfd >= nfds ? connfd+1 : nfds);continue;} //if (fd == listenfd) end/* 通信套接字 *//* 3. 服务器处理客户端的数据请求，并处理数据，反馈处理结果 */memset(buf, 0, sizeof(buf));ret = read(fd, buf, sizeof(buf));if (ret == -1) {perror("server->read");return -1;} else if (ret == 0) {/* 客户端退出的时候，需要将套接字从集合中删除 */FD_CLR(fd, &readfds);close(fd);break;}printf("buf : %s\n", buf);ret = write(fd, buf, sizeof(buf));if (ret == -1) {perror("server->write");return -1;}} //for (fd = 0; fd < nfds; fd++) end} //while(1) endreturn 0;
}

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