从Go编程看IO多路复用Select

Posted 2022-03-27 LxFly

  IO多路复用通过某种机制使进程监听某些文件描述符，当文件描述符中有读或写就绪时，进程能够收到系统内核发送的相应通知从而进行相应的IO操作；IO多路复用有：select、poll、epoll等模式，这里主要介绍select；select本质上也是同步IO，调用时阻塞自己，IO事件就绪后被唤醒返回负责读写操作；

在Go中其函数定义如下：

func Select(nfd int, r *FdSet, w *FdSet, e *FdSet, timeout 
*Timeval) (n int, err error)

FdSet定义：

type FdSet struct 
  Bits [16]int64

select函数实现IO多路复用，通过其参数通知内核：

   1、关注的文件描述符
   2、关心的文件描述符的哪种状态：可读、可写还是异常
   3、等待时间，无限等待阻塞或是固定超时时间

函数参数

  通过上面的介绍可以知道我们需要有这么几种参数传递给select函数，所关注的描述符，所关注的状态、等待时间；

函数参数具体含义：

  nfd(maxfd): 文件描述符集合中要监听的文件描述符个数，0-(maxfd-1)为需要检测的文件描述符;
  r(readfds)： 读监控文件描述符集，监控文件描述符集的读变化，如文件描述符集中有文件可读即通过该参数回传有变化的描述符，清空无变化的描述符；
  w(writefds): 写监控文件描述符集，监控文件描述符集的写变化，如文件描述符集中有文件可写即通过该参数回传有变化的描述符，清空无变化的描述符；
  e(exceptfds)： 异常监控文件描述符集，监控文件描述符集的异常，如文件描述符集中有文件异常即通过该参数回传有变化的描述符，清空无变化的描述符；
  timeout参数： 传入nil时函数无限阻塞等待，整数值为超时时间；

  上面三个文件描述符集合如无需关注某一类状态可传入nil，则select将不监控文件描述符的读、写或异常；
  tcp连接中可只需关注是否可读即可；

函数返回：

  通过函数返回可知这么两类信息：
  1、准备好的文件描述符个数
  2、具体哪些文件描述符处于就绪可读、可写或异常状态

函数值：

  -1 发生错误
  0 函数超时，当设置了超时时间，该时间内未有状态变化时
  大于0 有满足读、写、异常的文件描述符，需检查文件描述符集

特别关注

  每次函数返回时都会将文件描述符集FdSet中未发生任何事件的fd清空，每次调用select时都需将所关注的fd重新加入FdSet中；
  可监控文件描述符个数取决于 FdSet中Bits的位长度，每个bit代表一个文件描述符，默认情况下Go中的定义为：Bits [16]int64，也就是一个8字节整数数组，数组长度为16，第一个数组元素可存储的文件描述符为：0-63，第二个为：64-127依次类推；此时最多可以监听的文件描述符数为1024个；

Select的相关问题：

  1、内核将消息传递到用户空间需要执行系统拷贝，如监听了大量fd会导致性能下降
  2、每次调用select都需要从用户态拷贝fd集合到内核态
  3、每次调用select内核态都需要遍历传进来的所有fd集合
  4、默认select支持的fd集合过小，只有1024；
  5、轮询效率低，每次调用select、内核通知都需要轮询整个fd集合

Go中的代码实现：

func SelectIO(fd int) 
//读文件描述符集
fdReadSet := &syscall.FdSet
connect = &ConnectmaxFd: fd, childsMap: map[string]int
for 
	FD_ZERO(fdReadSet)
	FD_SET(fd, fdReadSet) //socket文件描述符
	for _, child := range connect.childsMap 
		FD_SET(child, fdReadSet) //连接监听
		if child > connect.maxFd 
			connect.maxFd = child
		 else 

		
	
	n, err := syscall.Select(connect.maxFd+1, fdReadSet, nil, nil, nil)
	if err != nil 
		log.Println(err)
		if err == syscall.EAGAIN  //非阻塞模型下资源限制或不满足条件返回eagain 异常 Resource temporarily unavailable
			continue
		
	
	log.Printf("n:%v,fdReadSet:%v", n, FD_ISSET(fd, fdReadSet))
	//-1 出错  >0就绪的文件描述符数  0 超时
	if n > 0 && FD_ISSET(fd, fdReadSet) 
		//接受连接
		nfd, naddr, err := syscall.Accept(fd) //阻塞模式下在此方法会阻塞
		if err != nil 
			log.Printf("接受连接出错：%v,%v", fd, err)
			continue
		
		//设置非阻塞
		if err := syscall.SetNonblock(nfd, true); err != nil 
			log.Fatal(err)
		
		var addr = naddr.(*syscall.SockaddrInet4)
		var ip = fmt.Sprintf("%d.%d.%d.%d:%d", addr.Addr[0], addr.Addr[1],
			addr.Addr[2], addr.Addr[3], addr.Port)
		log.Printf("新连接：%v", ip)
		processConn(nfd, ip)
	 else 
		readMsg(fdReadSet)
		
	

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