Linux 下网络 IO 的多路复用
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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了Linux 下网络 IO 的多路复用相关的知识,希望对你有一定的参考价值。
2019-10-20
关键字:select 与 poll
在 Linux 系统下,IO 总共可以分为以下四种:
1、阻塞 IO;
2、非阻塞 IO;
3、IO多路复用;
允许同时对多个 IO 进行控制。
4、信号驱动 IO;
一种异步通信模型。前面三种 IO 都是同步型的,唯这一种是异步型的。
阻塞 IO
所谓阻塞 IO 就是在调用相关函数时,程序的运行指针会暂停往下执行,直至这个 IO 操作有结果返回为止。简单来说就是我发起一个 IO 操作请求,你有数据就返回给我,没数据我就等你到有数据为止。
阻塞型 IO 是最普遍使用的 IO 模式,大部分的程序都是使用这一模式的。套接字在缺省情况下使用的就是阻塞 IO 模式。
常见的阻塞模式函数有:read, recv, recvfrom, write, send, accept, connect。 这里需要强调,sendto 函数是非阻塞型的。
非阻塞 IO
非阻塞型 IO 比较干脆。当它发起一个 IO 请求时,若 IO 有数据就返回结果,若无数据则程序指针就继续往下执行了,不会死等的。
我们可以通过两个函数来切换阻塞型与非阻塞型 IO。
1、fcntl()
假设我们需要将阻塞型 IO 设置为非阻塞型 IO。
int flag;
flag = fcntl(sockfd, F_GETFL, 0);
flag |= O_NONBLOCK;
fcntl(sockfd, F_SETFL, flag);
这样一来一去,就将 IO 形式给更改过来了。
2、ioctl()
int b_on = 1;
ioctl(sock_fd, FIONBIO, &b_on);
IO 多路复用
IO 多路利用其实就是 C 编程中的 select/poll 模型和 epoll 模型。
Select 函数:
select 函数的作用就是将原本需要单独分别监听阻塞资源统一交由 select 来监听。每当被 select 所监听的资源有数据波动时,select 会采用轮询的方式去找出哪个阻塞资源有数据过来了。并将这些有数据波动的资源保存起来,然后中断 select 函数的阻塞态,执行后面的代码。select() 函数的原型如下:
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
这个函数是一个阻塞函数。当它返回值 0 时表示等待超时。返回值 -1 时表示等待失败。返回值大于 0 时表示成功监测到信号。
参数 nfds 是指 fd 的个数。由于在 Linux 中,文件描述符总是顺序递增增长的,因此这个参数也可以填入最大文件描述符号的值再加一。即 maxfd + 1。
参数 readfds 是读集合。
参数 writefds 是写集合。
参数 exceptfds 是异常集合。
参数 timeout 是超时时长。这个参数没特殊需求的话建议填 NULL。NULL值会让 select() 一直处于等待状态永不超时。
fd_set 是系统定义的用于存放文件描述符的信息的结构体,可以通过以下几个函数来设定:
1、void FD_ZERO(fd_set *fdset);
对指定集合清零。
2、void FD_SET(int fd, fd_set *fdset);
将 fd 加入到 fdset 集合中去。
3、void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);
从集合中清除指定的 fd。
4、int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);
判断指定的 fd 是否可以读写。
对于 select 函数中,writefds 与 exceptfds 通常都填 NULL。同时,对于 select() 之前与之后的 fd_set 集合,它所包含的内容是不一样的。在 select() 之前,我们会往 fd_set 集合中填入所有我们想监听的资源 fd,但在 select() 之后,对应的 fd_set 集合中的数据就已经发生了变化。通常可以理解为只有有数据波动的资源集合才会出现在 select() 以后的代码中。
以下是一个运用 select() 来复用 TCP 编程的伪代码:
以下贴出一个运用 seletct() 模型监听2个UDP连接的客户端与服务端的代码:
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <fcntl.h> #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <netinet/ip.h> #include <arpa/inet.h> static int sockfd1; static int sockfd2; void main() { printf("hello world.!\\n"); struct sockaddr_in sin1; int bre = 1; int ret; bzero(&sin1, sizeof(sin1)); //准备监听第1个UDP端口。 sockfd1 = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); printf("sockfd1:%d\\n", sockfd1); setsockopt(sockfd1, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &bre, sizeof(int)); sin1.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); sin1.sin_port = htons(17166); ret = bind(sockfd1, (struct sockaddr *)&sin1, sizeof(sin1)); printf("sockfd1 bind ret:%d\\n", ret); //准备监听第2个UDP端口。 sockfd2 = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); printf("sockfd2:%d\\n", sockfd2); setsockopt(sockfd2, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &bre, sizeof(int)); sin1.sin_port = htons(17177); ret = bind(sockfd2, (struct sockaddr *)&sin1, sizeof(sin1)); printf("sockfd2 bind ret:%d\\n", ret); // select prepare. fd_set fdset; char bufff[32]; while(1) { FD_ZERO(&fdset); FD_SET(sockfd1, &fdset); FD_SET(sockfd2, &fdset); //clear all fd in fd_set. ret = select(sockfd2 + 1, &fdset, NULL, NULL, NULL); printf("select ret:%d\\n", ret); if(FD_ISSET(sockfd1, &fdset)) { printf("sockfd1 recevied.\\n"); bzero(bufff, 32); ret = read(sockfd1, bufff, 32); printf("sockfd1 read len:%d,read:%s\\n", ret, bufff); } else if(FD_ISSET(sockfd2, &fdset)) { printf("sockfd2 recevied.\\n"); bzero(bufff, 32); ret = read(sockfd2, bufff, 32); printf("sockfd2 read len:%d,read:%s\\n", ret, bufff); } else { printf("unknown recevied.\\n"); } } }
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <fcntl.h> #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <netinet/ip.h> #include <arpa/inet.h> #include <linux/input.h> void main() { printf("hello world!\\n"); int fd1 = -1; int fd2 = -1; int p1 = 17166; int p2 = 17177; struct sockaddr_in sin1; struct sockaddr_in sin2; fd1 = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); fd2 = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); printf("fd1:%d, fd2:%d\\n", fd1, fd2); bzero(&sin1, sizeof(sin1)); bzero(&sin2, sizeof(sin2)); sin1.sin_family = AF_INET; sin1.sin_port = htons(p1); if(inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", (void *)&sin1.sin_addr) != 1) { printf("cannot prepare udp ip address.\\n"); return 0; } sin2.sin_family = AF_INET; sin2.sin_port = htons(p2); if(inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", (void *)&sin2.sin_addr) != 1) { printf("cannot prepare udp ip address.\\n"); return 0; } char *buf; char cmd[5]; int fd; struct socketaddr *sin; while(1) { bzero(cmd, 5); if(fgets(cmd, 4, stdin) == NULL) { printf("\\n"); continue; } if(strlen(cmd) == 2) { if(*cmd == \'1\') { printf("send to sockfd1\\n"); fd = fd1; buf = "This is from sockfd1."; sin = (struct socketaddr *)&sin1; } else if(*cmd == \'2\') { printf("send to sockfd2\\n"); fd = fd2; buf = "Hi,lemontea."; sin = (struct socketaddr *)&sin2; } else { continue; } } else if(strlen(cmd) == 1) { continue; } sendto(fd, buf, strlen(buf), 0, sin, sizeof(sin1)); } }
以上示例代码的功能是:服务端利用 select() 监听2个UDP端口。客户端通过键盘输入决定给哪个端口发送数据,以此演示 select() 模型。
这里额外提一点:当 select() 模型监听到有事件发生时,最好将这一事件消费掉,即上例中在监听到有 UDP 消息过来时,一定要通过 read() 将消息读出来。否则 select() 函数将在下一次监听时立即返回。
poll 函数:
int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);
函数执行成功时返回大于0的值,失败时返回 EOF,超时返回值0。
参数 pollfd 是一个系统结体体,它的原型如下:
struct pollfd {
int fd; //要监听的文件描述符号。
short events; // 请求的事件。
short revents; // 返回的事件。
};
参数 nfds 与 timeout 就不再赘述了。
以下是一个示例程序,程序来自于 https://www.jianshu.com/p/6a6845464770
epoll 函数:
略。
信号驱动 IO
略。
以上是关于Linux 下网络 IO 的多路复用的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章
#导入Word文档图片# Linux下IO多路复用: Selectpollepoll