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Linux系统编程-DAY11（多路复用IO）

news 来源：原创 2025/6/10 8:27:28

一、定义和概念
    定义：单进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 
    逻辑控制流在时间上的重叠叫做  并发
    多路IO结局问题的开销比进线程都小

二、IO模型
    1）阻塞IO
    2）非阻塞IO EAGAIN 忙等待（CPU被占用）
    3）信号驱动 IO
    4）并行模型， 进程，线程
    5）多路IO

三、多路IO
1.select（特征：轮询）
1>创建fd集合（可以理解为数组，大小一般为1024）
2>加入文件描述符
3>调用select（），等待时间到来
4>找到对应的fd，进行读写操作
5>标志位清0

函数原型：int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *wirtefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
        nfs:最大文件描述符（也可以写1024）
        fd_set *readfds：监测读
        fd_set *wirtefds：监测写（一般写NULL）
        fd_set *exceptfds：监测异常（一般写NULL）
        struct timeval *timeout：超时控制（一般写NULL）

为了配合select函数执行，有如下宏函数：
        void FD_CLR(int fd, fd_set *set);
        功能：将指定的set集合中编号为fd的描述符号删除。
int  FD_ISSET(int fd, fd_set *set);
        功能：判断值为fd的描述符是否在set集合中，
          如果在则返回真，否则返回假。
void FD_SET(int fd, fd_set *set);
        功能：将指定的fd描述符，添加到set集合中。
void FD_ZERO(fd_set *set);
        功能：将指定的set集合中所有描述符删除。

2.epoll（方便更快的查找）
1>创建fd集合（二叉树）
2>加入关心的文件描述符
3>epoll_wait
4>epoll把准备就绪的fd，放入rev集合中（这里的集合可以理解为数组）
        struct epoll_event rev[10];

epoll_ctl 有很多结构体，epoll支持边缘触发

四、select poll epoll的区别

1. select
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
void FD_CLR(int fd, fd_set *set);
int FD_ISSET(int fd, fd_set *set);
void FD_SET(int fd, fd_set *set);
void FD_ZERO(fd_set *set)；

2. epoll
int epoll_create(int size)；
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event)；
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout)

3.epoll显著提高性能的前提是：监听大量描述符，并且每次触发事件的描述符文件非常少。
epoll的另外区别是：①epoll创建了描述符，记得close；②支持水平触发和边沿触发。

五、例题和代码
1.多路复用---非阻塞型

#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <strings.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char **argv)
{int ret = mkfifo("fifo", 0666);if (-1 == ret){if (EEXIST != errno){perror("mkfifo");return 1;}}int fd = open("fifo", O_RDONLY);if (-1 == fd){perror("open fifo");return 1;}int flag = fcntl(fd, F_GETFL);fcntl(fd, F_SETFL, flag|O_NONBLOCK);flag = fcntl(fileno(stdin), F_GETFL);fcntl(0, F_SETFL, flag|O_NONBLOCK);while (1){char buf[128] = {0};if(read(fd, buf, sizeof(buf))>0) //阻塞{printf("w:%s\n", buf);}if(fgets(buf, sizeof(buf), stdin) > 0)//阻塞{printf("fifo:%s", buf);fflush(stdout);}  }close(fd);// remove("fifo");// system("pause");return 0;
}

2.select---读文件

#include <asm-generic/errno-base.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <strings.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>int	main(int argc, char **argv)
{int ret = mkfifo("fifo", 0666);if(-1 == ret){if(EEXIST != errno){perror("mkfifo");return 1;}}int fd = open("fifo", O_RDONLY);if(-1 == fd){perror("open fifo");return 1;}fd_set rd_set, tmpset;FD_ZERO(&rd_set);FD_ZERO(&tmpset);FD_SET(fd, &tmpset);FD_SET(0, &tmpset);while(1){rd_set = tmpset;char buf[128] = {0};select(fd + 1, &rd_set, NULL, NULL, NULL);int i = 0;for(i = 0; i < fd + 1; ++i){if(FD_ISSET(i, &rd_set) && 0 == i){fgets(buf, sizeof(buf), stdin);printf("terminal:%s", buf);}if(FD_ISSET(i, &rd_set) && fd == i){read(fd, buf, sizeof(buf));printf("fifo:%s\n", buf);}}}close(fd);return 0;
}

3.epoll---读文件

#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <strings.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/epoll.h>int add_fd(int epfd, int fd)
{struct epoll_event ev;ev.events = EPOLLIN;ev.data.fd = fd;int ret = epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &ev);if(-1 == ret){perror("add fd");return 1;}return 0;
}int main(int argc, char **argv)
{int ret = mkfifo("fifo", 0666);if (-1 == ret){if (EEXIST != errno){perror("mkfifo");return 1;}}int fd = open("fifo", O_RDONLY);if (-1 == fd){perror("open fifo");return 1;}//1.create fd setint epfd = epoll_create(2);if(-1 == epfd){perror("epoll_create");return 1;}//2.add fd to setstruct epoll_event rev[2];add_fd(epfd, 0);add_fd(epfd, fd);while (1){char buf[128] = {0};//3 wait eventint ep_ret = epoll_wait(epfd, rev, 2, -1);int i;for(i = 0; i < ep_ret; ++i){if(0 == rev[i].data.fd){fgets(buf, sizeof(buf), stdin);printf("terminal:%s", buf);}else{read(fd, buf, sizeof(buf));printf("fifo:%s\n", buf);}}}close(fd);return 0;
}

4.tcp-select   服务器端

#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <time.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>typedef struct sockaddr *(SA);
int	main(int argc, char **argv)
{int listfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);//监听套接字if(-1 == listfd){perror("socket");return 1;}struct sockaddr_in ser, cli;// man 7 ipbzero(&ser, sizeof(ser));bzero(&cli, sizeof(cli));ser.sin_family = AF_INET;ser.sin_port = htons(50001);ser.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.119");int ret = bind(listfd, (SA)&ser, sizeof(ser));if(-1 == ret){perror("bind");return 1;}listen(listfd, 3);fd_set rd_set, tmp_set;FD_ZERO(&rd_set);FD_ZERO(&tmp_set);FD_SET(listfd, &tmp_set);int max_fd = listfd;socklen_t len = sizeof(cli);while(1){rd_set = tmp_set;select(max_fd + 1, &rd_set, NULL, NULL, NULL);int i;for(i = listfd; i < max_fd + 1; ++i){if(FD_ISSET(i, &rd_set) && i == listfd) //i是否准备好，装到rd_set中{int conn = accept(listfd, (SA)&cli, &len);if(-1 == conn){perror("conn");continue;}FD_SET(conn, &tmp_set);if(conn > max_fd){max_fd = conn;}}else if (FD_ISSET(i, &rd_set) && i != listfd){int conn = i;char buf[256] = {0};ret = recv(conn, buf, sizeof(buf), 0);if(ret <= 0){FD_CLR(conn, &tmp_set);close(conn);printf("cli offline\n");continue;}getpeername(conn, (SA)&cli, &len);printf("cli ip:%s port :%d  %s\n", inet_ntoa(cli.sin_addr),ntohs(cli.sin_port), buf);time_t tm;time(&tm);struct tm *info = localtime(&tm);sprintf(buf, "%s %d:%d:%d\n",buf, info->tm_hour, info->tm_min, info->tm_sec);send(conn, buf, strlen(buf), 0);}}}// close(conn);close(listfd);return 0;
}

5.tcp-epoll   服务器端

#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <time.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/epoll.h>typedef struct sockaddr *(SA);
int add_fd(int epfd, int fd)
{struct epoll_event ev;ev.events = EPOLLIN;ev.data.fd = fd;int ret = epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &ev);if(-1 == ret){perror("add fd");return 1;}return 0;
}int del_fd(int epfd, int fd)
{struct epoll_event ev;ev.events = EPOLLIN;ev.data.fd = fd;int ret = epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, fd, &ev);if(-1 == ret){perror("add fd");return 1;}return 0;
}int	main(int argc, char **argv)
{int listfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);//监听套接字if(-1 == listfd){perror("socket");return 1;}struct sockaddr_in ser, cli;// man 7 ipbzero(&ser, sizeof(ser));bzero(&cli, sizeof(cli));ser.sin_family = AF_INET;ser.sin_port = htons(50001);ser.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.119");int ret = bind(listfd, (SA)&ser, sizeof(ser));if(-1 == ret){perror("bind");return 1;}listen(listfd, 3);int epfd = epoll_create(10);if(-1 == epfd){perror("epoll_create");return 1;}struct epoll_event rev[10];add_fd(epfd, listfd);socklen_t len = sizeof(cli);while(1){int ep_ret = epoll_wait(epfd, rev, 10, -1);int i;for(i = 0; i < ep_ret; ++i){if(listfd == rev[i].data.fd) {int conn = accept(listfd, (SA)&cli, &len);if(-1 == conn){perror("conn");continue;}add_fd(epfd, conn);}else {int conn = rev[i].data.fd;char buf[256] = {0};getpeername(conn, (SA)&cli, &len);ret = recv(conn, buf, sizeof(buf), 0);if(ret <= 0){del_fd(epfd, conn);close(conn);printf("cli ip:%s port:%d offline\n", inet_ntoa(cli.sin_addr),ntohs(cli.sin_port));continue;}printf("cli ip:%s port :%d  %s\n", inet_ntoa(cli.sin_addr),ntohs(cli.sin_port), buf);time_t tm;time(&tm);struct tm *info = localtime(&tm);sprintf(buf, "%s %d:%d:%d\n",buf, info->tm_hour, info->tm_min, info->tm_sec);send(conn, buf, strlen(buf), 0);}}}// close(conn);close(listfd);return 0;
}

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