2.1.1网络io与io多路复用select/poll/epoll

关于网络io，我们可以通过一个服务端-客户端的示例来了解：
这是一段TCP服务端的代码：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main() {
	//open
	//创建网络io
	int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); // io
	
	struct sockaddr_in servaddr;
	memset(&servaddr, 0, sizeof(struct sockaddr_in)); // 192.168.2.123
	servaddr.sin_family = AF_INET;
    //INADDR_ANY绑定任意网卡，接收任意网卡的数据
    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // 0.0.0.0
    servaddr.sin_port = htons(9999);

    if (-1 == bind(sockfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(struct sockaddr))) {
		printf("bind failed: %s", strerror(errno));
		return -1;
    }

    listen(sockfd, 10); 
}

值得注意的是htonl和htons都是将主机字节序转换为网络字节序
htonl表示转换四字节的无符号整数，htons表示转换两字节的无符号整数

htonl,  htons,  ntohl, ntohs - convert values between host and network byte order

运行这段程序，可以发现程序没有任何效果，直接退出，而当我们在listen后面加上
getchar();后，程序阻塞，这时通过命令netstat -anop | grep 9999查看端口状态：

发现该端口正处于listen状态，这时通过网络调试助手（充当客户端）连接192.168.209.130:9999发现连接成功。

服务端其实一直都处于listen状态，之后还需要通过accept接受连接

	listen(sockfd, 10); 

    struct sockaddr_in clientaddr;
    socklen_t len = sizeof(struct sockaddr_in);
    int clientfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &len);

    getchar();

accept接受客户端的连接，并通过传出参数返回客户端的信息，以及函数返回clientfd，后续该客户端的数据收发都通过该clientfd进行。这也就反应了一个问题，每个客户端连接的都会对应一个clientfd。这时运行程序，程序阻塞等待客户端的连接，但这次是阻塞在accept系统调用上。创建的sockfd默认是阻塞的。
而关于阻塞和非阻塞的概念，简单总结就是阻塞会等待有事件发生，非阻塞则是不管有无事件都会立即返回。
我们将sockfd设为非阻塞形式，并将getchar()注释掉再看看效果：

#include 

	...
	listen(sockfd, 10);
	
	//设为非阻塞
    int flags = fcntl(sockfd, F_GETFL, 0);
    flags |= O_NONBLOCK;
    fcntl(sockfd, F_SETFL, flags);

    struct sockaddr_in clientaddr;
    ...
    //getchar();

调用程序发现，程序立即返回，不再阻塞！

现在思考一个问题，连接成功是在listen完成，还是在accept完成呢?
我们可以在listen后加上一个sleep(10);，在accept返回后打印一下返回值

	listen(sockfd, 10);

    sleep(10);
    ...
    struct sockaddr_in clientaddr;
    socklen_t len = sizeof(struct sockaddr_in);
    int clientfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &len);
    printf("clientfd: %d\n", clientfd);

程序运行后，立马连接，发现可以连接成功，并且10秒后，accept返回4
说明在listen连接就已经建立成功了，而clientfd为4则是因为，标准输入、标准输出、标准错误、以及sockfd已经占用了0、1、2、3再分配的文件描述符就是4。

接下来进行数据的收发（使用阻塞模式），accept之后调用recv和send

	char buffer[BUFFER_LENGTH] = {0};
    int ret = recv(clientfd, buffer, BUFFER_LENGTH, 0);
    printf("ret: %d, buffer: %s\n", ret, buffer);
    send(clientfd, buffer, ret, 0);

这时收发数据只能进行一次，我们可以加上while循环实现循环收发。若想实现多个客户端连接，并支持收发数据，也把accept放入while循环？？形如这样？

while (1) {
        int clientfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &len);
        
        char buffer[BUFFER_LENGTH] = {0};
        int ret = recv(clientfd, buffer, BUFFER_LENGTH, 0);
        printf("ret: %d, buffer: %s\n", ret, buffer);
        send(clientfd, buffer, ret, 0);
}

我们开多个客户端连接发现确实能连接上服务端，但连接后仍然只能进行一次数据收发。
因为一直阻塞在accept上，服务端只会服务新来的连接的一次数据收发。

那要支持多个客户端连接，并且都能进行多次数据收发该如何做呢？
我们可以将数据收发的工作放在一个线程中循环做：

#include 
void *client_thread(void *arg) {
    int clientfd = *(int*)arg;
    //线程中循环数据收发
    while (1) {
        char buffer[BUFFER_LENGTH] = {0};
        int ret = recv(clientfd, buffer, BUFFER_LENGTH, 0);
        //recv返回0说明对端关闭连接
        if (ret == 0) {
			close(clientfd);
			break;
		}
        printf("ret: %d, buffer: %s\n", ret, buffer);
        send(clientfd, buffer, ret, 0);
    }
}
...
	while (1) {
        int clientfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &len);

        pthread_t threadid;
        pthread_create(&threadid, NULL, client_thread, &clientfd);
    }
...

来一个连接，创建一个线程，该线程循环负责该客户端的数据收发。
但是这种模式存在一个弊端，成千上万个客户端连接，难道要创建对应个数的线程吗？有没有更好的解决办法？有，那便是IO多路复用！
Linux中有三种IO多路复用：select、poll、epoll
下面介绍使用select和poll的方式：

#include 
#define BUFFER_LENGTH 1024

listen(sockfd, 10); 

    struct sockaddr_in clientaddr;
    socklen_t len = sizeof(struct sockaddr_in);

    fd_set rfds, rset;
    FD_ZERO(&rfds);
    FD_SET(sockfd, &rfds);

    int maxfd = sockfd;
    int clientfd = 0;

    while (1) {
        rset = rfds;
        //这里传入文件描述符最大值加1
        //判断时是形如for(; i < maxfd; i++)所以要加一
        int nready = select(maxfd + 1, &rset, NULL, NULL, NULL);
        if (FD_ISSET(sockfd, &rset)) {
            clientfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &len);
            printf("accept: %d\n", clientfd);

            FD_SET(clientfd, &rfds);
            if (clientfd > maxfd) maxfd = clientfd;
            if(--nready == 0) continue;

        }
        int i = 0;
        for (i = sockfd + 1; i <= maxfd; i++) {
            if (FD_ISSET(i, &rset)) {
                    char buffer[BUFFER_LENGTH] = {0};
                    int ret = recv(i, buffer, BUFFER_LENGTH, 0);
                    if (ret == 0) {
                        close(i);
                        break;
                    }
                    printf("ret: %d, buffer: %s\n", ret, buffer);
                    send(i, buffer, ret, 0);
            }
        }
    }

    getchar();

值得注意的是select是通过判断fd_set中的某些位，从而判断是否发生事件，因此，select所能处理的文件描述符个数是有限的，只有1024个。
下面是poll的使用方式：

#include 
#define POLL_SIZE     1024

	listen(sockfd, 10); 

    struct sockaddr_in clientaddr;
    socklen_t len = sizeof(struct sockaddr_in);
    struct pollfd fds[POLL_SIZE] = {0};
    fds[sockfd].fd = sockfd;
    fds[sockfd].events = POLLIN;

    int maxfd = sockfd;
    int clientfd = 0;

    while (1) {
      int nready = poll(fds, maxfd + 1, -1);
      if (fds[sockfd].revents & POLLIN) {
              clientfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &len);
              printf("accept: %d\n", clientfd);

              fds[clientfd].fd = clientfd;
              fds[clientfd].events = POLLIN;

              if (clientfd > maxfd) maxfd = clientfd;
              if(--nready == 0) continue;
        }
        int i = 0;
        for (i = 0; i <= maxfd; i++) {
          if (fds[i].revents & POLLIN) {
             char buffer[BUFFER_LENGTH] = {0};
                    int ret = recv(i, buffer, BUFFER_LENGTH, 0);
                    if (ret == 0) {
                        fds[i].fd = -1;
                        fds[i].events = 0;
                        
                        close(i);
                        break;
                    }
                    printf("ret: %d, buffer: %s\n", ret, buffer);
                    send(i, buffer, ret, 0);
          }
        }
    }

    getchar();

poll相较select，支持的文件描述符数量不受限制，并且每次调用无需重新设置事件，因为内核不会修改，而是通过revent返回。但是他们都有性能瓶颈，他们返回就绪的文件描述符个数，但仍需我们自己去遍历到底是哪个文件描述符上有事件，而epoll解决了这种问题。

文章参考与<零声教育>的C/C++linux服务期高级架构系统教程学习:https://ke.qq.com/course/417774?flowToken=1020253