一.介绍

1.IO多路复用就是单线程或单进程同时监测若干个文件描述符是否可以执行IO操作的能力。

2. 使用情况:应用程序中同时处理多路输入输出流,若采用阻塞模式,将得不到预期的目的;若采用非阻塞模式,对多个输入进行轮询,但又太浪费CPU时间;若设置多个进程/线程,分别处理一条数据通路,将新产生进程/线程间的同步与通信问题,使程序变得更加复杂。

3.基本流程:


a.先构造一张有关文件描述符的表(集合、数组)。

b. 将你关心的文件描述符加入到这个表中。

c.然后调用一个函数。 select / poll

d.当这些文件描述符中的一个或多个已准备好进行I/O操作的时候

该函数才返回(阻塞)。

e.判断是哪一个或哪些文件描述符产生了事件(IO操作)。

f.做对应的逻辑处理。

二.select实现

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,
                  fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
   功能:select用于监测是哪个或哪些文件描述符产生事件;
         有一个或多个同时产生时间返回值。
   参数:nfds:    监测的最大文件描述个数
        (这里是个数,使用的时候注意,与文件中最后一次打开的文件
          描述符所对应的值的关系是什么?)
     readfds:  读事件集合; //读(用的多)
     writefds: 写事件集合;  //NULL表示不关心
     exceptfds:异常事件集合;  
     timeout:超时检测 1
   如果不做超时检测:传 NULL 
   select返回值:  <0 出错
               >0 表示有事件产生;
   如果设置了超时检测时间:&tv
      select返回值:
         <0 出错
        >0 表示有事件产生;
        ==0 表示超时时间已到;

     struct timeval {
               long    tv_sec;         /* seconds */
               long    tv_usec;        /* microseconds */
           };
           
 void FD_CLR(int fd, fd_set *set);//将fd从表中清除
 int  FD_ISSET(int fd, fd_set *set);//判断fd是否在表中
 void FD_SET(int fd, fd_set *set);//将fd添加到表中
 void FD_ZERO(fd_set *set);//清空表


 三.poll实现

int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);
   参p数:
   struct pollfd *fds
     关心的文件描述符数组struct pollfd fds[N];
   nfds:个数
   timeout: 超时检测
    毫秒级的:如果填1000,1秒
     如果-1,阻塞

 struct pollfd {
     int   fd;         /* 检测的文件描述符 */
     short events;     /* 检测事件 */
     short revents;    /* 调用poll函数返回填充的事件,poll函数一旦返回,将对应事件自动填充结构体这个成员。只需要判断这个成员的值就可以确定是否产生事件 */
 };
    事件: POLLIN :读事件
                POLLOUT : 写事件
               POLLERR:异常事件

四.epoll实现

#include <sys/epoll.h>
int epoll_create(int size); 
功能:创建红黑树根节点
 参数:size:不作为实际意义值 >0 即可
返回值:成功时返回epoll文件描述符,失败时返回-1。

int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
功能:控制epoll属性
    epfd:epoll_create函数的返回句柄。
    op:表示动作类型。有三个宏 来表示:
            EPOLL_CTL_ADD:注册新的fd到epfd中
            EPOLL_CTL_MOD:修改已注册fd的监听事件
            EPOLL_CTL_DEL:从epfd中删除一个fd
    Fd:需要监听的fd。
            event:告诉内核需要监听什么事件
            EPOLLIN:表示对应文件描述符可读
            EPOLLOUT:可写
            EPOLLPRI:有紧急数据可读;
            EPOLLERR:错误;
            EPOLLHUP:被挂断;
            EPOLLET:触发方式,边缘触发;(默认使用边缘触发)
             ET模式:表示状态的变化;
返回值:成功时返回0,失败时返回-1

typedef union epoll_data {
               void* ptr;(无效)
               int fd;
               uint32_t u32;
               uint64_t u64;
           } epoll_data_t;
           struct epoll_event {
               uint32_t events; / * Epoll事件* /
               epoll_data_t data; / *用户数据变量* /
};
//等待事件到来
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
功能:等待事件的产生,类似于select的用法
     epfd:句柄;
     events:用来保存从内核得到事件的集合;
     maxevents:表示每次能处理事件最大个数;
     timeout:超时时间,毫秒,0立即返回,-1阻塞
成功时返回发生事件的文件描述个数,失败时返回-1

五.总结特点

select:

1. 一个进程最多只能监听1024个文件描述符 (千级别)



2. select被唤醒之后需要重新轮询一遍驱动的poll函数,效率比较低(消耗CPU资源)

3. select每次会清空表,每次都需要拷贝用户空间的表到内核空间,效率低(一个进程0~4G,0~3G是用户态,3G~4G是内核态,拷贝是非常耗时的)。



poll:



1. 优化文件描述符个数的限制;(根据poll函数第一个函数的参数来定,如果监听的事件为1个,则结构体数组元素个数为1,如果想监听100个,那么这个结构体数组的元素个数就为100,由程序员自己来决定)。

2. poll被唤醒之后需要重新轮询一遍驱动的poll函数,效率比较低。

3. poll不需要重新构造文件描述符表,只需要从用户空间向内核空间拷贝一次数据即可。





 epoll:

1.监听的最大的文件描述符没有个数限制(理论上,取决与你自己的系统)。

2.异步 I / O , Epoll 当有事件产生被唤醒之后,文件描述符主动调用 callback ( 回调函数 ) 函数直接拿到唤醒的文件描述符,不需要轮询,效率高。



3.epoll不需要重新构造文件描述符表,只需要从用户空间向内核空间拷贝一次数据即可。