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十九、Linux网络编程（三）

article 2024/11/18 8:01:56

5.IO多路复用

在unix/linux下主要有四种I/O模式：

1.阻塞I/O: 最常用

大部分程序使用的都是阻塞模式的I/O

缺省情况下，套接字建立后所处于的模式就是阻塞I/O模式

读操作：read,recv,recvfrom

写操作：write,send

其他操作：accept,connect

读阻塞：

进程调用read函数从套接字上读取数据，当套接字的接收缓冲区中还没有数据可读，函数read将发送阻塞

它会一直阻塞下去，等待套接字的接收缓冲区中有数据可读

经过一段时间后，缓冲区内接收到数据，于是内核便去唤醒该进程，通过read访问这些数据

如果在进程阻塞过程中，对方发生故障，那这个进程将永远阻塞下去。

UDP不用等待，没有实际的发送缓冲区，所以UDP协议中不存在发送缓冲区满的情况，在UDP套接字上执行的写操作永远都不会阻塞。

写阻塞：

在写操作时发送阻塞的情况要比读操作少。主要发生在要写入的缓冲区的大小小于要写入的数据量的情况下。

这时，写操作不进行任何拷贝工作，将发送阻塞。

一但发送缓冲区内有足够多的空间，内核将唤醒进程，将数据从用户缓冲区中拷贝到相应的发送数据缓冲区。

UDP不用等待确认，没有实际的发送缓冲区，所以UDP协议中不存在发送缓冲区满的情况，在UDP套接字上执行的写操作永远都不会阻塞，sendto。

2.非阻塞I/O：可防止进程阻塞在I/O操作上，需要轮询

当我们将一个套接字设置为非阻塞模式，我们相当于告诉了系统内核"当我请求的I/O操作不能够马上完成，你想让我的进程进行休眠等待的时候，不要这么做，请马上返回一个错误给我。"

当一个应用程序使用了非阻塞模式的套接字，它需要使用一个循环来不停的测试是否一个文件描述符有数据可读（polling）

应用程序不停的polling内核来检查是否I/O操作已经就绪，这将是一个极浪费CPU资源的操作。

这种模式使用中不普遍。

1.fcntl()函数

当你一开始建立一个套接字描述符的时候，系统内核将其设置为阻塞IO模式。可以使用函数fcntl()设置一个套接字的标志位为O_NOBLOCK来实现非阻塞。

int fcntl(int fd, int cmd, long arg)

int flag;

flag = fcntl(sockfd,F_GETFL,0)

flag |= O_NOBLOCK;

fcntl(sockfd,F_SETFL,flag);

2.ioctl()函数

int b_on = 1;

ioctl(sock_fd, FIONBIO,&b_on);

3.I/O多路复用：允许同时对多个I/O进行控制

基本常识：linux中每个进程最多可以打开1024个文件，最多有1024个文件描述符，文件描述符的特点：

1.非负整数

2.从最小可用的数字来分配

3.每个进程启动时默认打开0、1、2三个文件描述符

多路复用针对不止套接字fd,也针对普通的文件描述符fd。

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，分别处理一条数据通路，将新产生进程间的同步与通信问题，使程序变得更加复杂；

比较好的方法是使用IO多路复用，其基本思想是：

先构造一张有关描述符的表，然后调用一个函数，当这些文件描述符中的一个或多个已准备好进行IO时函数才返回。

函数返回时告诉进程那个描述符已就绪，可以进行IO操作

1.fd_set

void FD_zero(fd_set* fdset) //对集合清零

void FD_set(int fd, fd_set * fdset) //把fd加入集合

void FD_CLR(int fd,fd_set *fdset) //从集合中清除fd

void FD_ISSET(int fd,fd_set *fdset) //判断fd是否在fd_set中

2.select()

int select(int maxfdp, //maxfd+1

               fd_set *readfds, //读集合

               fd_set *writefds, //写集合

               fd_set *errorfds, //异常集合

               struct timeval *timeout //超时

)

一般：填写集合，写集合填空，异常集合(带位数据)，

超时：

struct timeval{

long tv_sec; //秒

long tv_usec; //微妙

};

select退出后：集合表示有数据的集合

if(FD_ISSET(fd,set))

{

//1.如果监听套接字有数据，新的客户端进行连接，则accept

//2.若建立连接的套接字有数据，则去读read

}

int main(void)

{

        struct timeval tout;

        fd_set rset;

        int maxfd = ‐1;

        fd = socket(...);

        bind(fd,...);

        listen(fd,...);

        while(1)

        {

                maxfd = fd;

                FD_ZERO(&rset);

                FD_SET(&rset); //依次把已经建立好连接fd加入到集合中，记录最大的文件描述符

                tout.tv_sec = 5;

                tout.tv_user = 0;

                select(maxfd+1,&rset,NULL,NULL,&tout); //阻塞

                if(FD_ISSET(fd,&rset)) //有1个或者多个文件描述符有数据

                {

                        newfd = accept(fd,...);

                        //依次判断已建立连接的客户端是否有数据

                }

        }

}