IO多路复用概念以及所需要用到的函数select、poll、epoll

1.IO多路复用简介

为什么有多路复用技术： 因为在通信的过程中，accept、read、write函数都是阻塞函数，当有多个客户端连接服务器的时候，我们都会使用多个线程或者多个进程来解决阻塞问题，但是这样的话会出现资源的消耗问题，线程或进程的调度消耗CPU资源。另一个解决方法将这些阻塞函数设置为非阻塞，这样的方法，虽然解决了程序的执行效率，但是需要占用更多的CPU资源和系统资源。因此有了多路复用技术
具体使用的函数
1.select/poll技术：
这种技术，select（委托系统内核）会告诉有客户端连接，但是不告诉是哪个客户端连接，需要自己遍历。
2.epoll技术
这种技术，epoll（委托系统内核）会告诉有客户端连接，而且告诉是哪个客户端连接。

select函数

// sizeof(fd_set) = 128 1024
#include 
#include 
#include 
#include 
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
	- 参数：
		- nfds : 委托内核检测的最大文件描述符的值 + 1
		- readfds : 要检测的文件描述符的读的集合，委托内核检测哪些文件描述符的读的属性
			- 一般检测读操作
			- 对应的是对方发送过来的数据，因为读是被动的接收数据，检测的就是读缓冲区
			- 是一个传入传出参数
		- writefds : 要检测的文件描述符的写的集合，委托内核检测哪些文件描述符的写的属性
			- 委托内核检测写缓冲区是不是还可以写数据（不满的就可以写）
		- exceptfds : 检测发生异常的文件描述符的集合
		- timeout : 设置的超时时间
			struct timeval {
				long tv_sec; /* seconds */
				long tv_usec; /* microseconds */
			};
			- NULL : 永久阻塞，直到检测到了文件描述符有变化
			- tv_sec = 0 tv_usec = 0， 不阻塞
			- tv_sec > 0 tv_usec > 0， 阻塞对应的时间
	- 返回值 :
		- -1 : 失败
		- >0(n) : 检测的集合中有n个文件描述符发生了变化
// 将参数文件描述符fd对应的标志位设置为0
void FD_CLR(int fd, fd_set *set);
// 判断fd对应的标志位是0还是1， 返回值 ： fd对应的标志位的值，0，返回0， 1，返回1
int FD_ISSET(int fd, fd_set *set);
// 将参数文件描述符fd 对应的标志位，设置为1
void FD_SET(int fd, fd_set *set);
// fd_set一共有1024 bit, 全部初始化为0
void FD_ZERO(fd_set *set);

select的缺点：
1.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
2.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
3.select支持的文件描述符数量太小了，默认是1024
4.fds集合不能重用，每次都需要重置

poll函数

#include 
struct pollfd {
	int fd; /* 委托内核检测的文件描述符 */
	short events; /* 委托内核检测文件描述符的什么事件 */
	short revents; /* 文件描述符实际发生的事件 */
};
struct pollfd myfd;
myfd.fd = 5;
myfd.events = POLLIN | POLLOUT;

int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);
	- 参数：
		- fds : 是一个struct pollfd 结构体数组，这是一个需要检测的文件描述符的集合
		- nfds : 这个是第一个参数数组中最后一个有效元素的下标 + 1
		- timeout : 阻塞时长
			0 : 不阻塞
			-1 : 阻塞，当检测到需要检测的文件描述符有变化，解除阻塞
			>0 : 阻塞的时长
		- 返回值：
			-1 : 失败
			>0（n） : 成功,n表示检测到集合中有n个文件描述符发生变化

epoll函数

#include 
// 创建一个新的epoll实例。在内核中创建了一个数据，这个数据中有两个比较重要的数据，一个是需要检测的文件描述符的信息（红黑树），还有一个是就绪列表，存放检测到数据发送改变的文件描述符信息（双向链表）。
int epoll_create(int size);
	- 参数：
		size : 目前没有意义了。随便写一个数，必须大于0
	- 返回值：
		-1 : 失败
		> 0 : 文件描述符，操作epoll实例的
> typedef union epoll_data {
	void *ptr;
	int fd;
	uint32_t u32;
	uint64_t u64;
} epoll_data_t;
struct epoll_event {
	uint32_t events; /* Epoll events */
	epoll_data_t data; /* User data variable */
};
常见的Epoll检测事件：
	- EPOLLIN
	- EPOLLOUT
	- EPOLLERR
// 对epoll实例进行管理：添加文件描述符信息，删除信息，修改信息
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
	- 参数：
		- epfd : epoll实例对应的文件描述符
		- op : 要进行什么操作
			EPOLL_CTL_ADD: 添加
			EPOLL_CTL_MOD: 修改
			EPOLL_CTL_DEL: 删除
		- fd : 要检测的文件描述符
		- event : 检测文件描述符什么事情
// 检测函数
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);
	- 参数：
		- epfd : epoll实例对应的文件描述符
		- events : 传出参数，保存了发送了变化的文件描述符的信息
		- maxevents : 第二个参数结构体数组的大小
		- timeout : 阻塞时间
			- 0 : 不阻塞
			- -1 : 阻塞，直到检测到fd数据发生变化，解除阻塞
			- > 0 : 阻塞的时长（毫秒）
	- 返回值：
		- 成功，返回发送变化的文件描述符的个数 > 0
		- 失败 -1

Epoll 的工作模式：

1.LT 模式 （水平触发）
假设委托内核检测读事件 -> 检测fd的读缓冲区
读缓冲区有数据 - > epoll检测到了会给用户通知
a.用户不读数据，数据一直在缓冲区，epoll 会一直通知
b.用户只读了一部分数据，epoll会通知
c.缓冲区的数据读完了，不通知
2.ET 模式（边沿触发）
假设委托内核检测读事件 -> 检测fd的读缓冲区
读缓冲区有数据 - > epoll检测到了会给用户通知
a.用户不读数据，数据一致在缓冲区中，epoll下次检测的时候就不通知了
b.用户只读了一部分数据，epoll不通知
c.缓冲区的数据读完了，不通知