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wzjs 2025/8/2 20:10:23
dw网页制作超链接,性价比高seo排名优化的,素材网站 源码,摄影网站备案Linux 编程中的 I/O 复用 I/O 复用是 Linux 编程中处理多个文件描述符的高效方法，它允许程序同时监视多个文件描述符，当其中任何一个或多个文件描述符就绪（可读、可写或出现异常）时，程序就能得到通知并进行相应的处理…

Linux 编程中的 I/O 复用

I/O 复用是 Linux 编程中处理多个文件描述符的高效方法，它允许程序同时监视多个文件描述符，当其中任何一个或多个文件描述符就绪（可读、可写或出现异常）时，程序就能得到通知并进行相应的处理。

主要的 I/O 复用机制

1. select

#include <sys/select.h>int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);// 相关宏操作
FD_ZERO(fd_set *set);        // 清空集合
FD_SET(int fd, fd_set *set); // 添加fd到集合
FD_CLR(int fd, fd_set *set); // 从集合移除fd
FD_ISSET(int fd, fd_set *set); // 检查fd是否在集合中

特点：

  • 可移植性好，几乎所有平台都支持
  • 有文件描述符数量限制（通常1024）
  • 每次调用都需要重新设置fd_set
  • 线性扫描所有fd，效率随fd数量增加而下降

2. poll

#include <poll.h>int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);struct pollfd {int fd;         // 文件描述符short events;   // 等待的事件short revents;  // 实际发生的事件
};

特点：

  • 没有文件描述符数量限制
  • 使用链表存储，不需要每次重新初始化
  • 仍然需要遍历所有fd来检查状态
  • 比select稍高效

3. epoll (Linux特有)

#include <sys/epoll.h>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);struct epoll_event {uint32_t events;    // Epoll eventsepoll_data_t data;  // User data variable
};

特点：

  • 高性能，特别适合大量连接
  • 使用回调机制，不需要遍历所有fd
  • 支持边缘触发(ET)和水平触发(LT)模式
  • Linux特有，不具备可移植性

比较

特性selectpollepoll
可移植性好较好Linux特有
最大连接数有限制(1024)无限制无限制
效率低中等高
触发方式水平触发水平触发支持边缘触发
内存拷贝每次调用都拷贝每次调用都拷贝内核和用户空间共享

使用场景建议

  1. select：适合跨平台、连接数少的简单应用
  2. poll：适合连接数中等、需要更好可移植性的应用
  3. epoll：适合Linux平台、高并发连接的应用（如Web服务器）

示例代码

epoll 示例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>#define MAX_EVENTS 10
#define PORT 8080int main() {int server_fd, epoll_fd;struct epoll_event ev, events[MAX_EVENTS];struct sockaddr_in address;// 创建socketif ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {perror("socket failed");exit(EXIT_FAILURE);}address.sin_family = AF_INET;address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;address.sin_port = htons(PORT);// 绑定socketif (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)) < 0) {perror("bind failed");exit(EXIT_FAILURE);}// 监听if (listen(server_fd, 10) < 0) {perror("listen failed");exit(EXIT_FAILURE);}// 创建epoll实例epoll_fd = epoll_create1(0);if (epoll_fd == -1) {perror("epoll_create1");exit(EXIT_FAILURE);}ev.events = EPOLLIN;ev.data.fd = server_fd;if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, server_fd, &ev) == -1) {perror("epoll_ctl: server_fd");exit(EXIT_FAILURE);}while (1) {int nfds = epoll_wait(epoll_fd, events, MAX_EVENTS, -1);if (nfds == -1) {perror("epoll_wait");exit(EXIT_FAILURE);}for (int n = 0; n < nfds; ++n) {if (events[n].data.fd == server_fd) {// 新连接int new_socket = accept(server_fd, NULL, NULL);if (new_socket == -1) {perror("accept");continue;}ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;ev.data.fd = new_socket;if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, new_socket, &ev) == -1) {perror("epoll_ctl: new_socket");close(new_socket);}} else {// 处理客户端数据char buffer[1024] = {0};int valread = read(events[n].data.fd, buffer, 1024);if (valread <= 0) {// 连接关闭或出错close(events[n].data.fd);} else {// 处理数据printf("Received: %s\n", buffer);// 回显write(events[n].data.fd, buffer, valread);}}}}close(server_fd);return 0;
}

边缘触发(ET) vs 水平触发(LT)

  1. 水平触发(LT)：

    • 默认模式
    • 只要文件描述符就绪，就会一直通知
    • 编程更简单，不容易遗漏事件

  2. 边缘触发(ET)：

    • 需要设置EPOLLET标志
    • 只在状态变化时通知一次
    • 需要一次性处理完所有数据
    • 效率更高，但编程更复杂

选择哪种模式取决于具体应用场景和性能需求。

Linux I/O 复用完整示例（select/poll/epoll）

下面是 select、poll 和 epoll 三种 I/O 复用机制的完整示例代码，均实现了一个简单的回显服务器功能。

1. select 示例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>#define MAX_CLIENTS 10
#define BUFFER_SIZE 1024
#define PORT 8080int main() {int server_fd, client_sockets[MAX_CLIENTS], max_sd, sd, activity;fd_set readfds;struct sockaddr_in address;char buffer[BUFFER_SIZE] = {0};// 初始化客户端socket数组for (int i = 0; i < MAX_CLIENTS; i++) {client_sockets[i] = 0;}// 创建socketif ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {perror("socket failed");exit(EXIT_FAILURE);}address.sin_family = AF_INET;address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;address.sin_port = htons(PORT);// 绑定socketif (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)) < 0) {perror("bind failed");exit(EXIT_FAILURE);}// 监听if (listen(server_fd, 3) < 0) {perror("listen failed");exit(EXIT_FAILURE);}printf("Select server listening on port %d...\n", PORT);while (1) {// 清空socket集合FD_ZERO(&readfds);// 添加主socket到集合FD_SET(server_fd, &readfds);max_sd = server_fd;// 添加客户端socket到集合for (int i = 0; i < MAX_CLIENTS; i++) {sd = client_sockets[i];if (sd > 0) {FD_SET(sd, &readfds);}if (sd > max_sd) {max_sd = sd;}}// 等待活动（无限等待）activity = select(max_sd + 1, &readfds, NULL, NULL, NULL);if ((activity < 0) && (errno != EINTR)) {perror("select error");}// 如果是主socket活动，表示有新连接if (FD_ISSET(server_fd, &readfds)) {int new_socket;if ((new_socket = accept(server_fd, NULL, NULL)) < 0) {perror("accept");exit(EXIT_FAILURE);}printf("New connection, socket fd is %d\n", new_socket);// 添加新socket到数组for (int i = 0; i < MAX_CLIENTS; i++) {if (client_sockets[i] == 0) {client_sockets[i] = new_socket;break;}}}// 处理客户端数据for (int i = 0; i < MAX_CLIENTS; i++) {sd = client_sockets[i];if (FD_ISSET(sd, &readfds)) {int valread = read(sd, buffer, BUFFER_SIZE);if (valread == 0) {// 客户端断开连接getpeername(sd, (struct sockaddr*)&address, (socklen_t*)&addrlen);printf("Host disconnected, ip %s, port %d\n", inet_ntoa(address.sin_addr), ntohs(address.sin_port));close(sd);client_sockets[i] = 0;} else {// 回显数据buffer[valread] = '\0';printf("Received from %d: %s\n", sd, buffer);write(sd, buffer, strlen(buffer));}}}}return 0;
}

2. poll 示例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <poll.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>#define MAX_CLIENTS 10
#define BUFFER_SIZE 1024
#define PORT 8080int main() {int server_fd, client_sockets[MAX_CLIENTS];struct pollfd fds[MAX_CLIENTS + 1]; // +1 for server socketstruct sockaddr_in address;char buffer[BUFFER_SIZE] = {0};// 初始化pollfd结构for (int i = 0; i < MAX_CLIENTS + 1; i++) {fds[i].fd = -1;fds[i].events = POLLIN;}// 创建socketif ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {perror("socket failed");exit(EXIT_FAILURE);}address.sin_family = AF_INET;address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;address.sin_port = htons(PORT);// 绑定socketif (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)) < 0) {perror("bind failed");exit(EXIT_FAILURE);}// 监听if (listen(server_fd, 3) < 0) {perror("listen failed");exit(EXIT_FAILURE);}printf("Poll server listening on port %d...\n", PORT);// 添加服务器socket到pollfd数组fds[0].fd = server_fd;fds[0].events = POLLIN;while (1) {// 等待活动（无限等待）int ret = poll(fds, MAX_CLIENTS + 1, -1);if (ret < 0) {perror("poll error");continue;}// 检查所有socketfor (int i = 0; i < MAX_CLIENTS + 1; i++) {if (fds[i].revents & POLLIN) {if (fds[i].fd == server_fd) {// 新连接int new_socket;if ((new_socket = accept(server_fd, NULL, NULL)) < 0) {perror("accept");continue;}printf("New connection, socket fd is %d\n", new_socket);// 添加新socket到pollfd数组for (int j = 1; j < MAX_CLIENTS + 1; j++) {if (fds[j].fd == -1) {fds[j].fd = new_socket;fds[j].events = POLLIN;break;}}} else {// 客户端数据int valread = read(fds[i].fd, buffer, BUFFER_SIZE);if (valread == 0) {// 客户端断开连接printf("Client %d disconnected\n", fds[i].fd);close(fds[i].fd);fds[i].fd = -1;} else {// 回显数据buffer[valread] = '\0';printf("Received from %d: %s\n", fds[i].fd, buffer);write(fds[i].fd, buffer, strlen(buffer));}}}}}return 0;
}

3. epoll 示例（边缘触发模式）

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <fcntl.h>#define MAX_EVENTS 10
#define BUFFER_SIZE 1024
#define PORT 8080// 设置非阻塞
void setnonblocking(int sockfd) {int flags = fcntl(sockfd, F_GETFL, 0);fcntl(sockfd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);
}int main() {int server_fd, epoll_fd;struct epoll_event ev, events[MAX_EVENTS];struct sockaddr_in address;char buffer[BUFFER_SIZE] = {0};// 创建socketif ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {perror("socket failed");exit(EXIT_FAILURE);}address.sin_family = AF_INET;address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;address.sin_port = htons(PORT);// 绑定socketif (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)) < 0) {perror("bind failed");exit(EXIT_FAILURE);}// 监听if (listen(server_fd, 10) < 0) {perror("listen failed");exit(EXIT_FAILURE);}printf("Epoll server (ET mode) listening on port %d...\n", PORT);// 创建epoll实例epoll_fd = epoll_create1(0);if (epoll_fd == -1) {perror("epoll_create1");exit(EXIT_FAILURE);}ev.events = EPOLLIN | EPOLLET; // 边缘触发模式ev.data.fd = server_fd;if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, server_fd, &ev) == -1) {perror("epoll_ctl: server_fd");exit(EXIT_FAILURE);}while (1) {int nfds = epoll_wait(epoll_fd, events, MAX_EVENTS, -1);if (nfds == -1) {perror("epoll_wait");exit(EXIT_FAILURE);}for (int n = 0; n < nfds; ++n) {if (events[n].data.fd == server_fd) {// 处理新连接while (1) {int new_socket = accept(server_fd, NULL, NULL);if (new_socket == -1) {if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK) {// 已经处理完所有新连接break;} else {perror("accept");break;}}printf("New connection, socket fd is %d\n", new_socket);// 设置非阻塞setnonblocking(new_socket);// 添加新socket到epollev.events = EPOLLIN | EPOLLET;ev.data.fd = new_socket;if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, new_socket, &ev) == -1) {perror("epoll_ctl: new_socket");close(new_socket);}}} else {// 处理客户端数据（边缘触发需要一次性读取所有数据）while (1) {ssize_t count = read(events[n].data.fd, buffer, BUFFER_SIZE);if (count == -1) {if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK) {// 已经读取完所有数据break;} else {perror("read");close(events[n].data.fd);break;}} else if (count == 0) {// 客户端断开连接printf("Client %d disconnected\n", events[n].data.fd);close(events[n].data.fd);break;}// 处理数据buffer[count] = '\0';printf("Received from %d: %s\n", events[n].data.fd, buffer);// 回显数据write(events[n].data.fd, buffer, count);}}}}close(server_fd);return 0;
}

三种实现的关键区别

  1. select:

    • 需要每次重新构建fd_set
    • 使用FD_ISSET检查就绪状态
    • 有1024文件描述符限制

  2. poll:

    • 使用pollfd结构数组
    • 没有文件描述符数量限制
    • 检查revents字段确定就绪状态

  3. epoll:

    • 使用epoll_ctl管理监控列表
    • 边缘触发模式需要非阻塞IO
    • 性能最高，适合大量连接

选择建议

  • 跨平台需求：选择select或poll
  • 少量连接：select足够简单
  • 中等规模：poll是更好的选择
  • 高性能服务器：优先使用epoll（Linux专属）

所有示例都实现了基本的回显服务器功能，可以根据实际需求进行扩展和优化。

http://www.dtcms.com/wzjs/193991.html

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