网络编程day4——实现多路复用的函数select、poll

TCP服务端处理多客户端任务:

   通过开启子进程来服务不同的客户端,当客户端退出时就关闭该子进程

多路复用:

    使用一个进程(有且只有一个主进程)监控若干个文件描述符,这种读写模式称为多路复用

    多用于TCP的服务端,用于监控客户端的连接和数据的收发

    优点:不需要频繁地创建、销毁进程,从而节约内存资源、时间资源,也避免了进程之间的竞争、等待

    缺点:要求单个客户端的任务不能太耗时,否则其它在等待的客户端就会感知"卡顿"

    适用场景:适合并发量大、但任务短小的场景,例如Web服务器

实现多路复用相关函数:

select:

    fd_set  是文件描述符的集合,就是一种数据类型,使用以下函数进行操作:

    void FD_ZERO(fd_set *set);

    功能:清空集合set,最好在一开始先清空集合再使用

    void FD_SET(int fd, fd_set *set);

    功能:向集合set中添加fd

    void FD_CLR(int fd, fd_set *set);

    功能:从集合set中删除fd

    int  FD_ISSET(int fd, fd_set *set);

    功能:判断集合set中是否存在fd

    返回值:存在返回1 不存在返回0

    int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds,

               struct timeval *timeout);

    功能:同时监控若干个文件描述符的读、写、异常操作是否发生

    nfds:被监控的文件描述符中最大值+1

    readfds:监控读操作的文件描述符集合

    writefds:监控写操作的文件描述符集合

    exceptfds:监控异常操作的文件描述符集合

    timeout:设置超时时间

        NULL 一直阻塞,直到某个被监控的描述符发生对应的操作才返回

        0秒0微秒    非阻塞,直接返回

        大于0秒     等待该时间,超时了会返回0

                    如果设置超时时间,返回时该参数变成剩余时间

    返回值:成功返回发生相应操作的文件描述符个数

            超时返回0,错误返回-1

    注意:readfds、writefds、exceptfds这三个参数既是输入也是输出,在调用时需要往里面存放想要监控的文件描述符,当监控到发生操作时,该函数会给这三个参数只返回发生相应操作的文件描述符,存储在这三个参数中,需要调用者逐个判断获取

    select设计不合理的地方:

    1、每次调用select都需要向它传递要监控的描述符的集合

    2、当调用结束后如果想要知道哪些描述符发生了操作,需要拿着所有被监控的描述符对着集合进行逐一测试

    select的优点:

        是最早出现的多路复用函数,几乎所有的操作系统都支持,系统的兼容性高

pselect:

    只是select功能的部分增强,没有本质区别、缺点一致

    int pselect(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds, const struct timespec *timeout,const sigset_t *sigmask);

    功能、原理与select大致类似

    区别:

    1、超时时间结构类型不同、pselect的精度更高

    2、pselect的超时时间参数不会改变,因此无法获取剩余时间,但是select的会改变,可以获取剩余时间,但是每次都需要重新设置

    3、pselect监控时可以通过sigmask参数设置想要屏蔽的信号,可以保障pselect在监控过程中不会被信号中断

poll:

    struct pollfd {

        int   fd;     // 被监控的文件描述符

        short events; // 想要监控的事件

        short revents;// 实际监控到发生的事件

        //  有以下事件:

            POLLIN  普通优先级读事件

            POLLPRI 高优先级的读事件

            POLLOUT 写事件

            POLLRDHUP   对方socket关闭

            POLLERR 错误事件,无需监控也可发生

            POLLHUP 对方挂起事件,无需监控也可发生

            POLLNVAL 非法描述符事件,无需监控也可发生

    };

    int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);

    功能:监控文件描述符是否发生了相应事件

    fds:pollfd结构连续内存的首地址

    nfds:连续内存fds的成员数量

    timeout:超时时间 单位毫秒

    返回值:成功返回发生相应操作的文件描述符个数

            超时返回0,错误返回-1

epoll:

    int epoll_create(int size);

    功能:创建一个epoll对象,该对象用于保存要监控的描述符

    size:epoll对象能够保存的描述符数量

    返回值:成功返回epoll对象

    int epoll_ctl(int epfd,int op,int fd,struct epoll_event *event);

    功能:控制epoll对象,添加、删除监控的描述符

    epfd:要操作的epoll对象描述符

    op:

        EPOLL_CTL_ADD   添加描述符

        EPOLL_CTL_DEL   删除描述符

        EPOLL_CTL_MOD   修改描述符要监控的事件

    fd:epoll对象中要控制的描述符

    event:事件结构体

        struct epoll_event {

        uint32_t     events;   // 要监控的事件 功能参考poll (事件名前面+E)

        epoll_data_t data;     /* User data variable */

    };

    功能:成功0 失败-1

    int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events,int maxevents, int timeout);

    功能:监控epoll对象中的文件描述符,并返回产生事件的文件描述符

    epfd:要监控的epoll对象描述符

    events:输出型参数,用于获取发生事件的描述符数组

    maxevents:最多监控的描述符的数量

    timeout:超时时间 毫秒

    返回值:成功返回发生事件的描述符数量

            0超时 -1错误

   

    epoll与select比较的优点:

        1、只需要设置一次要监控的描述符即可

        2、epoll会把发生了事件的描述符返回到结构数组,只需要遍历该数组就可以处理所有发生了事件的描述符,但是select返回到集合中,需要遍历全部被监控的描述符才能处理

   

    epoll的条件触发和边缘触发:

        条件触发:当文件缓冲区中有要读取的数据时就会触发事件,也是epoll的默认触发

        边缘触发:当数据产生了发送的动作时就会触发且只触发一次,就算文件缓冲区中要有需要读取的数据也不再触发事件

            1、把要监控描述符的事件增加 EPOLLET 边缘触发选项

            2、要循环读取数据直到读取完为止 while(-1 != recv)

            3、recv读取时必须以非阻塞方式读取MSG_DONTWAIT,否则就一直阻塞,形成死锁

            4、当recv返回-1表示数据读取完毕,0表示断开

        优点:相比于条件触发,边缘触发能够大大降低触发次数,从而提高epoll的效率

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