Linux高性能服务器编程——I/O复用
Linux高性能服务器编程——I/O复用
IO复用
I/O复用使得程序能同时监听多个文件描述符，通常网络程序在下列情况下需要使用I/O复用技术：
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客户端程序要同时处理多个socket
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客户端程序要同时处理用户输入和网络连接
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TCP服务器要同时处理监听socket和连接socket，这是I/O复用使用最多的场合
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服务器要同时处理TCP请求和UDP请求。比如本章将要讨论的会社服务器
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服务器要同时监听多个端口，或者处理多种服务。
I/O复用虽然能同时监听多个文件描述符，但它本身是阻塞的。并且当多个文件描述符同时就绪时，如果不采用额外措施，程序就只能按顺序依次处理其中的每一个文件描述符，这使得服务器程序看起来像是串行工作。如果要实现并发，只能使用多进程或多线程等变成手段。
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select系统复用
select系统调用的用途是:在一段指定时间内，几件套用户感兴趣的文件描述符上的可读可写和异常等事件。
#include <sys/select.h>
int select(int nfds, fd_set *readfds,fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
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nfds参数指定被监听的文件描述符的总数。通常被设置为select监听的所有文件描述符中的最大值加1，因为文件描述符是从0开始计数的
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readfds, writefds和exceptfds参数分别指向可读、可写和异常等事件对应的文件描述符集合。
fd_set结构体仅包含一个整形数组，高数组的每个元素的每一位标记一个文件描述符。
可用如下宏来访问fd_set结构体中的位：
voidFD_CLR(int fd, fd_set *set);
intFD_ISSET(int fd, fd_set *set);
voidFD_SET(int fd, fd_set *set);
void FD_ZERO(fd_set*set);
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timeout参数用来设置select函数的超时时间。它是一个timeval指针，timeval结构体定义如下：
struct timeval {
longtv_sec;/* seconds */
longtv_usec;/* microseconds */
};
如果给timeout传递NULL，则select将一直阻塞，直到某个文件描述符就绪。
select成功时返回就绪文件描述符的总数，如果在超时时间内没有任何文件描述符就绪返回0，失败返回-1，并设置errno；如果select在等待期间收到信号，则select立即返回-1，并设置errno为EINTR。
poll系统调用
poll系统调用和select类似，也是在指定时间内伦旭一定数量的文件描述符，以测试其中是否有就绪。poll原型如下：
#include<poll.h>
int poll(structpollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);
1)fds参数是一个pollfd结构类型的数组，它指定所以我们感兴趣的文件描述符上发生的刻度、可写和异常等时间。其结构定义如下：
struct pollfd {
intfd;/* file descriptor */
short events;/* requested events */
short revents;/* returned events */
};
其中fd成员指定文件描述符；events成员告诉poll监听f上的那些时间，它是一系列时间的按位或；revents成员则由内核修改，以通知应用程序fd上实际发生了哪些事件。
2)nfds参数指定被监听事件集合的大小。其类型nfds_t定义如下：
typedef unsignedlong int nfds_t;
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timeout参数指定poll的超时时间，单位是毫秒。当timeout为-1时，poll调用将永远阻塞，直到某个事件发生；当为0时，poll调用立即返回。
poll返回值含义与select相同。
epoll系列系统调用
内核事件表
epoll是Linux特有的I/O复用函数。它在实现和使用上与select、poll有很大差异。首先，epoll使用一组函数来完成任务，而不是单个函数。其次，epoll把用户关心的文件描述符上的时间放在内核里的一个时间表中，从而无需向select和poll那样每次调用都要重复传入文件描述符集或事件集。但epoll需要使用一个额外的文件描述符，来唯一标识内核中的这个时间表。这个文件描述符使用如下epoll_create函数创建：
#include <sys/epoll.h>
int epoll_create(int size);
size参数给内核一个提示，告诉它时间表需要多大。该函数返回的文件描述符将作用其他所有epoll系统调用的第一个参数，以指定要访问的内核事件表。
下面的函数用来操作epoll的内核事件表：
#include <sys/epoll.h>
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd,struct epoll_event *event);
fd参数是要操作的文件描述符，op参数则制定操作类型，操作类型有如下3种：
EPOLL_CTL_ADD：往事件表中注册fd上的事件
EPOLL_CTL_MOD:修改fd上的注册事件
EPOLL_CTL_DEL:删除fd上的注册事件
event参数指定时间，它是epoll_event结构指针类型。epoll_event的定义如下：
struct epoll_event {
uint32_tevents;/* Epoll events */
epoll_data_t data;/* User data variable */
};
其中events成员描述事件类型。data成员用于存储用户数据，其类型epoll_data的定义如下：
typedef union epoll_data {
void*ptr;
intfd;
uint32_tu32;
uint64_tu64;
} epoll_data_t;
epoll_data_t是一个联合体，其中4个成员中使用最多的是fd，它指定事件所丛书的目标文件描述符。
epoll_ctl成功时返回0，失败时返回-1并设置errno。
epoll_wait函数
epoll系列系统调用的主要接口是epoll_wait函数。它在一段超时时间内等待一组文件描述符上的事件，其原型如下：
#include <sys/epoll.h>
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event*events, int maxevents, int timeout);
该函数成功时返回就绪的文件描述符的个数，失败是返回-1，并设置errno。
maxevents参数指定最多监听多少时间，必须大于0.
epoll_wait函数如果检测到事件，就将所有就绪的事件从内核事件表中复制到它的第二个参数events指向的数组中。这个数组只用于输出epoll_wait检测到的就绪时间，而不像select和poll数组那样即用于传入用户注册的时间，有用于输出内核检测到的就绪时间。这就极大的提高了应用程序索引就绪文件描述符的效率。下面的代码体现了这个差别：
/*如何索引poll返回的就绪文件描述符*/
int ret = poll(fds, MAX_EVENT_NUMBER, -1);
/*必须遍历所有注册文件描述符并找到其中的就绪着*/
for(int i=0;i<MAX_EVENT_NUMBER; ++i)
{
if(fds[i].revents & POLLIN)
{
int sockfd = fds[i].fd;
/*处理sockfd*/
}
}
/*如何索引epoll返回的就绪文件描述符*/
int ret =epoll_wait( epollfd, events, MAX_EVENT_NUMBER, -1);
/*遍历就绪的ret个文件描述符*/
for( int i=0;i<ret; i++)
{
int socketfd = events[i].data.fd;
/*socket肯定就绪，直接处理*/
}
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