Linux系统网络编程——第十九节 多路复用（1）（概念、select、poll）

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概念引出

select

select的特点

select缺点

poll

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概念引出

我们来思考一个问题：

 

什么叫IO(input output)?

读取或者写入（IO）本质就是：等+拷贝。

读：等+将数据从内核空间（缓冲区）拷贝到用户空间（缓冲区）

写：等+将数据从用户空间（缓冲区）拷贝到内核空间（缓冲区）

等是在等什么呢？

等某事件就绪。即有数据可读或者可写的时候，或者达到一定的“水位线”的时候。

而高效IO即在IO的过程当中，尽可能减少等的比重。

那我们应当怎么促使高效IO呢？

我们有五种IO模型，分别是：

1、阻塞IO；

2、非阻塞IO；

3、信号驱动IO；（发送SIGIO，默认忽略）

4、多路复用，多路转接；

5、异步IO；

前四种都称之为同步IO。

我们之前用到的IO基本都是阻塞式IO。

我们下面所要学的select、poll、epoll做的就是一件事，就是等。

既然一个文件描述符等待结束的概率很小是固定的，那我就通过等待多个文件描述符的方式来去让其去减少等的比重

将一个阻塞式的文件描述符改成一个非阻塞的：（原型如下）

fcntl

函数原型如下.

#include 

#include 

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

传入的cmd的值不同, 后面追加的参数也不相同

实现函数SetNoBlock

基于fcntl, 我们实现一个SetNoBlock函数, 将文件描述符设置为非阻塞.

void SetNoBlock(int fd) {
    int fl = fcntl(fd, F_GETFL);
    if (fl < 0) {
        perror("fcntl");
        return;

    }
    fcntl(fd, F_SETFL, fl | O_NONBLOCK);

}

 

使用F_GETFL将当前的文件描述符的属性取出来(这是一个位图).

然后再使用F_SETFL文件描述符设置回去. 设置回去的同时, 加上一个O_NONBLOCK参数.

select

它的作用就是来等。

附fd_set的源码：

 解释说明：老规矩，采用列点式。

 1、第一个参数表示我所要等的所有的文件描述符的最大值加1.（注意不是个数+1，因为我们后面要传入位图）

2、最后一个参数：为等的方式：阻塞式等、非阻塞式等，设置某一段时间来去等

3、其返回值有三种形式：大于0表示已经有文件描述符就绪了；等于0表示超时了；小于0表示出错了

4、中间三个参数：表示读/写的文件描述符集，其是用一张位图来表示的。

5、以readfds为例，其既是输入型参数，又是输出型参数。输入的时候，表示告知OS需要关心哪些文件描述符上的读事件是否就绪。（其是一张位图，比如哪一个位置置为1，就表示该位置所对应的文件描述符就需要关心；即需要关心哪些位置上的读事件）

6、然后OS将上述所要关注的文件描述符进行轮询。在输出的时候，哪个位置为1，哪个位置所对应的文件描述符的文件读（写）事件就绪。

7、select结束之后，我们需要用这个readfds去检测哪个就绪了，然后需要对其进行重新设定。

8、注意：我们这里引入一个低水位线：即缓冲区里的最小字节数。

故select的本质方式就是在等，等待就绪事件的方式

注意：对位图的操作必须要用系统调用接口。因为不同的地方位图实现的方式可能不一样

select的特点

可监控的文件描述符个数取决于sizeof(fd_set)的值. 我这边服务器上sizeof(fd_set)＝ 512，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512*8=4096.

 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。

备注: fd_set的大小可以调整，可能涉及到重新编译内核. 感兴趣的同学可以自己去收集相关资料.

 

select缺点

1、每次调用select, 都需要手动设置fd集合, 从接口使用角度来说也非常不便.

 2、每次调用select，都需要把fd集合从用户态拷贝到内核态，这个开销在fd很多时会很大

 同时每次调用select都需要在内核遍历传递进来的所有fd，这个开销在fd很多时也很大

 select支持的文件描述符数量太小，为有限个

poll

就绪事件通知函数

poll主要是解决了select的两个问题：

1、poll没有上限；

2、输入输出含义让分离（采用两个变量）

timeout如果为0，表示以非阻塞方式等待，如果为-1，表示为永久阻塞方式；如果为一个常数，那就是具体常数的等待的时间。

第一个参数是一个结构体数组；

第二个参数表示该结构体数组里面的元素个数

关于该结构体：

第一个参数表示关注文件描述符。

第二个参数和第三个参数分别是用户->内核、内核->用户 关心该描述符的哪方面以及是否就绪

那么事件具体又指什么呢？

其选项和read、open的参数类似，采用的是（多标志位，直接按位或）

【poll实验】

运行截图：

 

一种用poll监听的伪代码

注意：

poll中监听的文件描述符数目增多时，和select函数一样， poll返回后，需要轮询pollfd来获取就绪的描述符。每次调用poll都需要把大量的pollfd结构从用户态拷贝到内核中.

同时连接的大量客户端在一时刻可能只有很少的处于就绪状态, 因此随着监视的描述符数量的增长, 其效率也会线性下降.

 

好啦，本节的内容就到这里啦~~

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