Linux下实现I/O复用的系统调用方式主要：select、poll、epoll。 I/O多路复用 Linux下实现I/O复用的系统调用方式主要：select、poll、epoll。 select系统调用 select系统调用可在一段指定时间内，监
Linux下实现I/O复用的系统调用方式主要：select、poll、epoll。
select 系统调用select系统调用可在一段指定时间内，监听文件描述符上的可读、可写和异常等事件，判断发生的事件需要轮询。
#include <sys/select.h>
//select监听文件描述符事件
//nfds： 被监听文件描述符中最大值+1
//readfds： 可读事件对应的文件描述符集，对应位置1；会被内核修改，返回时无事件的置0。
//writefds： 可写事件对应的文件描述符集，对应位置1；会被内核修改，返回时无事件的置0。
//exceptfds：异常事件对应的文件描述符集，对应位置1；会被内核修改，返回时无事件的置0。
//timeout
//return： 返回就绪文件描述符中最大值+1
int select(int nfds, fd_set* readfds, fd_set* writefds, fd_set* exceptfds, struct timeval* timeout);
//fd_set比特向量操作
FD_ZERO(fd_set *fdset); //清楚fdset中所有比特位
FD_SET(int fd, fd_set *fdset); //设置fdset中比特位fd
FD_CLR(int fd, fd_set *fdset); //清除fdset中比特位fd
FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset); //测试fdset中比特位fd是否被设置，用于判断是否有事件发生
-
socket可读
select可读（readfds）
- socket内核接收缓存区字节数大于或等于低水位标记SO_RCVLOWAT。读操作返回读取字节数。
- 读关闭：socket通信的对方关闭连接。读操作返回0。
- 错误：socket上有未处理的错误。可以使用getsockopt读取和清楚错误。
- 连接请求：监听socket上有新的连接请求。
-
socket可写（writefds）
- 可写：socket内核发送缓存区中的可用字节数大于或等于低水位标记SO_SNDLOWAT。写操作返回实际写字节数。
- 写关闭：写操作被关闭，对写关闭的socket执行写操作将触发一个SIGPIPE信号。
- 错误：socket上有未处理的错误。可以使用getsockopt读取和清楚错误。
- 连接结果：socket使用非阻塞的connect连接成功或者失败（超时）之后。
-
socket异常（exceptfds）
- 网络程序中，select能处理的异常情况只有一种，即socket上接收到带外数据。
poll系统调用与select类似，需要轮询判断监听文件描述符集上的事件，但没有监听文件描述符数量限制。
#include <poll.h>
//poll监听文件描述符上指定的事件
//fds： pollfd结构类型的数组
//nfds： pollfd数组长度
//return： 返回就绪文件描述符中最大值+1
int poll(struct pollfd* fds, nfds_t nfds, int timeout);
//pollfd结构体，描述文件描述符上的可读、可写、异常等事件
struct pollfd{
int fd; //文件描述符
short events; //注册的事件，一系列事件的按位或
short revents; //实际发生的事件，由内核填充，一些列事件的按位或
}
epoll相比select更加高效，主要体现在：
- epoll使用内核事件表维护监听的文件描述符集，避免频繁的用户空间与内核空间频繁的拷贝开销。
- epoll直接返回发生事件的文件描述符即，避免了用户程序轮询的开销。
- epoll内部通过注册回调函数的方式，监听特定文件描述符上的时间，避免了内核轮询开销。
- epoll提供了高效的边沿触发模式，边沿触发带来编程上的复杂性。
使用epoll监听文件描述符时，有两种事件触发模式：
- 水平触发（LT）：epoll默认使用水平触发。
- 边沿触发（ET）：往epoll内核事件表这种注册一个文件描述符上的EPOLLET时，将进行边沿触发。相比较水平触发，边沿触发更加高效。
epoll在内核中使用事件表（红黑树）维护监听的文件描述符，并支持对事件表的增删改。
- 创建事件表：epoll_create，返回一个内核事件表的文件描述符。
- 操作事件表：epoll_ctl，对事件表进行增、删、改。
- 监听事件表：epoll_wait，监听事件表上的事件。
#include <sys/epoll.h>
//epoll事件结构体
strcut epoll_event{
_uint32_t events; //epoll事件
epoll_data_t data; //用户数据，包含监听的文件描述符信息
}
//用户数据联合体
typedef union epoll_data{
void* ptr; //指定与fd相关的用户数据，用户数据包含监听的文件描述符
int fd; //监听的文件描述符fd（常用）
uint32_t u32;
uint64_t u64;
} epoll_data_t;
//创建epoll内核事件表
//size： 提示内核需要的事件表多大
int epoll_create(int size);
//操作epoll内核事件表
//epfd： epoll内核事件表
//op： 参数指定操作，包括增（EPOLL_CTL_ADD)、删（EPOLL_CTL_DEL)、改（EPOLL_CTL_MOD)
//fd： 被操作的文件描述符
//event：事件
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
//监听事件表上文件描述符的事件
//epfd： epoll内核事件表
//events： 就绪事件数组，由内核修改
//maxevents：最多监听事件数
//timeout:
//return： 就绪文件描述符个数
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event* events, int maxevents, int timeout);
epoll支持的时间类型和poll基本相同，表示epoll时间类型的宏实在poll对应的宏前加上‘E’，如EPOLLIN。
示例 服务端服务端代码功能：
- 创建socket
- 为socket绑定固定地址和端口
- 监听套接字等待客户端连接
- 接收客户端连接，获取连接socket
- 使用select、poll或epoll监听连接socket的可读事件
- 连接socket可读事件发生时，从连接socket中读取数据
#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));
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;
}
if (FD_ISSET(connfd, &read_fds))
{
ret = recv(connfd, buf, sizeof(buf) - 1, 0);
if (ret <= 0)
{
printf("can not read\n");
break;
}
printf("get %d bytes of normal data: %s\n", ret, buf);
}
else if (FD_ISSET(connfd, &exception_fds))
{
ret = recv(connfd, buf, sizeof(buf) - 1, MSG_OOB);
if (ret <= 0)
{
printf("can not read\n");
break;
}
printf("get %d bytes of oob data: %s\n", ret, buf);
}
}
close(connfd);
close(listenfd);
return 0;
}
#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>
#include <poll.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];
pollfd poll_fds[1];
bzero(poll_fds, sizeof(poll_fds));
poll_fds[0].fd = connfd;
poll_fds[0].events = POLLIN;
int nReuseAddr = 1;
setsockopt(connfd, SOL_SOCKET, SO_OOBINLINE, &nReuseAddr, sizeof(nReuseAddr));
while (1)
{
memset(buf, '\0', sizeof(buf));
ret = poll(poll_fds, 1, -1);
printf("select one\n");
if (ret < 0)
{
printf("selection failure\n");
break;
}
if (poll_fds[0].events == POLLIN)
{
ret = recv(connfd, buf, sizeof(buf) - 1, 0);
if (ret <= 0)
{
printf("can not read\n");
break;
}
printf("get %d bytes of normal data: %s\n", ret, buf);
}
}
close(connfd);
close(listenfd);
return 0;
}
#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>
#include <sys/epoll.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];
//创建内核事件表
int epfd = epoll_create(10);
//注册事件
epoll_event event;
event.data.fd = connfd;
event.events = EPOLLIN;
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, connfd, &event);
//就绪事件数组
epoll_event events[10];
int nReuseAddr = 1;
setsockopt(connfd, SOL_SOCKET, SO_OOBINLINE, &nReuseAddr, sizeof(nReuseAddr));
while (1)
{
memset(buf, '\0', sizeof(buf));
ret = epoll_wait(epfd, events, 1, -1);
printf("select one\n");
if (ret < 0)
{
printf("errno: %d\n", errno);
printf("selection failure\n");
break;
}
if (events[0].events == EPOLLIN)
{
ret = recv(connfd, buf, sizeof(buf) - 1, 0);
if (ret <= 0)
{
printf("can not read\n");
break;
}
printf("get %d bytes of normal data: %s\n", ret, buf);
}
}
close(connfd);
close(listenfd);
return 0;
}
客户端代码功能：
- 创建套接字
- 请求连接
- 发送数据
- 关闭连接。
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <assert.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.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]);
struct sockaddr_in server_address;
bzero(&server_address, sizeof(server_address));
server_address.sin_family = AF_INET;
inet_pton(AF_INET, ip, &server_address.sin_addr);
server_address.sin_port = htons(port);
int sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
assert(sockfd >= 0);
if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&server_address, sizeof(server_address)) < 0)
{
printf("connection failed\n");
}
else
{
printf("send oob data out\n");
const char *oob_data = "abc";
const char *normal_data = "123";
send(sockfd, normal_data, strlen(normal_data), 0);
send(sockfd, oob_data, strlen(oob_data), MSG_OOB);
send(sockfd, normal_data, strlen(normal_data), 0);
}
close(sockfd);
return 0;
}