服务器编程入门(7)I/O复用
使用情景:
- 客户端程序要同时处理多个socket
- 客户端程序要同时处理用户输入和网络连接
- TCP服务器要同时处理监听socket和连接socket,这是使用最多的场合
- 服务器要同时可处理TCP请求和UDP请求
- 服务器要同时监听多个端口
- select
- poll
- epoll
#include <sys/select.h>
int select ( int nfds, fd_set* readfds, fde_set* writefds, fd_set* exceptfds, struct timeval* timeout );
#include <sys/select.h>
FD_ZERO( fd_set *fdset );
FD_SET( int fd, fd_set *fdset );
FD_CLR( int fd, fd_set *fdset );
int FD_ISSET( int fd, fd_set *fdset );
- socket内核接收缓冲区中的字节数大于或等于其低水位标记SO_RCVLOWAT。此时我们可以无阻塞地对该socket,并且读操作返回的字节数大于0
- socket通信的对方关闭连接,此时读操作返回0
- 监听socket上有新的连接请求
- socekt上有未处理的错误,此时我们可以使用getsockopt来读取和清除该错误。
可写:
- socket内核发送缓冲区中的可用字节数大于或等于其低水位标记SO_SNDLOWAT。此时我们可以无阻塞地写该socket,并且写操作返回的字节数大于0
- socket的写操作被关闭。对写操作被关闭的socket执行写操作将出发一个SIGPIPE信号
- socket使用非阻塞connect连接成功或者失败之后
- socket上有未处理的错误,此时我们可以使用getsockopt来读取和清除该错误。
异常:
- socket上接收到带外数据
处理带外数据
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <assert.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h> int main( int argc, char* argv[] )
{
if( argc <= 2 )
{
printf( "usage: %s ip_address port_number\n", basename( argv[0] ) );
return 1;
}
const char* ip = argv[1];
int port = atoi( argv[2] );
printf( "ip is %s and port is %d\n", ip, port ); int ret = 0;
struct sockaddr_in address;
bzero( &address, sizeof( address ) );
address.sin_family = AF_INET;
inet_pton( AF_INET, ip, &address.sin_addr );
address.sin_port = htons( port ); int listenfd = socket( PF_INET, SOCK_STREAM, 0 );
assert( listenfd >= 0 ); ret = bind( listenfd, ( struct sockaddr* )&address, sizeof( address ) );
assert( ret != -1 ); ret = listen( listenfd, 5 );
assert( ret != -1 ); struct sockaddr_in client_address;
socklen_t client_addrlength = sizeof( client_address );
int connfd = accept( listenfd, ( struct sockaddr* )&client_address, &client_addrlength );
if ( connfd < 0 )
{
printf( "errno is: %d\n", errno );
close( listenfd );
} char remote_addr[INET_ADDRSTRLEN];
printf( "connected with ip: %s and port: %d\n",
inet_ntop( AF_INET, &client_address.sin_addr, remote_addr, INET_ADDRSTRLEN ),
ntohs( client_address.sin_port ) ); char buf[1024];
fd_set read_fds;
fd_set exception_fds; FD_ZERO( &read_fds );
FD_ZERO( &exception_fds ); int nReuseAddr = 1;
setsockopt( connfd, SOL_SOCKET, SO_OOBINLINE, &nReuseAddr, sizeof( nReuseAddr ) );
while( 1 )
{
memset( buf, '\0', sizeof( buf ) );
/* 每次调用select前都要重新在readfds和exception_fds中设置文件描述符connfd,因为事件发生之后,文件描述符集合将被内核修改 */
FD_SET( connfd, &read_fds );
FD_SET( connfd, &exception_fds ); ret = select( connfd + 1, &read_fds, NULL, &exception_fds, NULL );
printf( "select one\n" );
if ( ret < 0 )
{
printf( "selection failure\n" );
break;
} /* 对于可读事件,采用普通的recv函数读取数据 */
if ( FD_ISSET( connfd, &read_fds ) )
{
ret = recv( connfd, buf, sizeof( buf )-1, 0 );
if( ret <= 0 )
{
break;
}
printf( "get %d bytes of normal data: %s\n", ret, buf );
}
/* 对于异常事件,采用带MSG_OOB标志的recv函数读取带外数据 */
else if( FD_ISSET( connfd, &exception_fds ) )
{
ret = recv( connfd, buf, sizeof( buf )-1, MSG_OOB );
if( ret <= 0 )
{
break;
}
printf( "get %d bytes of oob data: %s\n", ret, buf );
} } close( connfd );
close( listenfd );
return 0;
}
#include <poll.h>
int poll ( struct pollfd* fds, nfds_t nfds, int timeout );
struct pollfd
{
int fd; /* 文件描述符 */
short events; /* 注册的事件 */
short revents; /* 实际发生的事件,由内核填充 */
}
typedef unsigned long int nfds_t;
#include <sys/epoll.h>
int epoll_create ( int size );
#include <sys/epoll.h>
int epoll_ctl ( int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event );
struct epoll_event
{
__unit32_t events; /* epoll事件 */
epoll_data_t data; /* 用户数据 */
};
typedef union epoll_data
{
void* ptr; /* 指定与fd相关的用户数据 */
int fd; /* 指定事件所从属的目标文件描述符 */
uint32_t u32;
uint64_t u64;
} epoll_data_t;
#include <sys/epoll.h>
int epoll_wait ( int epfd, struct epoll_event* events, int maxevents, int timeout );
/* 索引poll返回的就绪文件描述符 */
/* 方式:遍历,检查标志位 */
int ret = poll ( fds, MAX_EVENT_NUMBER, -1 );
for ( int i = 0; i < MAX_EVENT_NUMBER; ++i )
{
if ( fds[i].revents & POLLIN )
{
int sockfd = fds[i].fd;
/* 处理sockfd */
}
} /* 索引epoll返回的就绪文件描述符 */
/* 方式:遍历 */
int ret = epoll_wait ( epollfd, events, MAX_EVENT_NUMBER, -1 );
for ( int i = 0; i < ret; i++ )
{
int sockfd = events[i].data.fd;
/* sockfd必然就绪,直接处理 */
}
- LT:电平触发,默认的工作模式,检测到有事件发生可以不立即处理。
- ET:边沿触发,搞笑工作模式,文件描述符注册为EPOLLET事件,检测到有事件发生立即处理,后续epoll_wait不再向应用程序通知这一事件。
| 系统调用 |
select
|
poll
|
epoll
|
|
事件集合
|
用哦过户通过3个参数分别传入感兴趣的可读,可写及异常等事件
内核通过对这些参数的在线修改来反馈其中的就绪事件
这使得用户每次调用select都要重置这3个参数
|
统一处理所有事件类型,因此只需要一个事件集参数。
用户通过pollfd.events传入感兴趣的事件,内核通过
修改pollfd.revents反馈其中就绪的事件
|
内核通过一个事件表直接管理用户感兴趣的所有事件。
因此每次调用epoll_wait时,无需反复传入用户感兴趣
的事件。epoll_wait系统调用的参数events仅用来反馈就绪的事件
|
|
应用程序索引就绪文件
描述符的时间复杂度
|
O(n)
|
O(n)
|
O(1)
|
| 最大支持文件描述符数 |
一般有最大值限制
|
65535
|
65535
|
| 工作模式 |
LT
|
LT
|
支持ET高效模式 |
|
内核实现和工作效率
|
采用轮许方式检测就绪事件
时间复杂度:O(n)
|
采用轮许方式检测就绪事件
时间复杂度:O(n)
|
采用回调方式检测就绪事件
事件复杂度:O(1)
|
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