Linux 操作系统多路IO复用

1.多路IO复用

        多路I/O复用是通过一种机制，可以监视多个描述符，一旦某个描述符就绪（一般是读就绪或者写就绪），能够通知程序进行相应的读写操作。

        这个机制能够通过select/poll/eroll等来使用。这些函数都可以同时监视多个描述符的读写就绪状况，这样，多个描述符的I/O操作都能在一个线程内并发交替地顺序完成。

        帮助TCP处理阻塞，多路IO复用是一种集中阻塞的方式！

1.1 Select

        select仅仅知道有I/O事件发生了，却并不知道是哪几个文件描述符，我们只能无差别轮询所有流，找出能读出数据。

函数原型：

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

形参:

        nfds:轮询的最大文件描述符+1

        readfd:监控集合中读变化，列如监控服务器的套接字放到读集合中

        writefds：监控集合中描述符的写变化   一般填NULL

        exceptfds:监控集合中描述符的异常变化    NULL

        timeout:具体填写一下结构体中的成员，表明在指定时间内监控变化，超时直接返回；

赋值为0；表示非阻塞（函数运行时，有描述符变化，得到对应信息，如果没有描述符改变，函数直接返回）

复制NULL：阻塞，select函数运行开始，等待直到描述符发生改变

Struts timeval
{long tv_sec; /* seconds */long tv_usec; /* microseconds */
}

返回值：成功返回发生变化的描述符的个数；超时返回0；失败返回-1

注意：调用一场select只能监控一次描述符的变化，集中的描述符发生改变后，会从集合自动消除，因此需要做好备份。

操作集合相关函数：

void FD_CLR(int fd, fd_set *set); //将 fd 从集合中去除
int FD_ISSET(int fd, fd_set *set);//判断集合中 fd 是否发生变化， 是返回真
void FD_SET(int fd, fd_set *set);//将 fd 添加到集合中
void FD_ZERO(fd_set *set);//清空集合

1.2 poll

        poll 本质上和 select 没有区别， 它将用户传入的数组拷贝到内核空间， 然后查询每个 fd 对应的设备状态， 但是它没有最大连接数的限制， 原因是它是基于链表来存储的。

函数原型：

int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);

形参：

fds：结构数组，关于监测的描述符的具体描述

struct pollfd
{int   fd;    //监测的描述符short events;//请求监测的事件short revents;//实际发生的时间，由内核填充
};

events 和revents可用值：

nfds：监测的描述符的个数

timeout：

        0    表示非阻塞

        >0  指定毫秒数内监测

        -1  阻塞等待描述符变化

返回值：成功返回描述符发生的个数，失败返回-1，超时并且没有描述符发生变化返回0。

1.3 epoll

        epoll会把那个流发生了怎么的I/O事件通知我们

1.3.1 创建epoll句柄

头文件：

#include <sys/epoll.h>

函数原型：

int epoll_create(int size);

形参：size大于0；(Linux2.6.8 之后， 该值被忽略， 但是填充的值必须大于 0)

返回值：成功返回epoll描述符，失败返回-1

注意：不使用epoll时，记得使用close关闭

int  epfd = epoll_create(1)；

1.3.2 注册epoll 监控事件

函数原型：

int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

形参：
        epfd： epoll_create 返回值
        op:
                EPOLL_CTL_ADD 向 epoll 中注册描述符事件
                EPOLL_CTL_DEL 从 epoll 中移除描述符对应的事件， 此时第四个参数写 NULL
fd： 要处理的套接字
event： 由 op 决定
        op： EPOLL_CTL_DEL 的话， 填 NULL
                EPOLL_CTL_ADD， 此时填写下面的结构体

typedf nuion epoll_date
{void    *ptr;int      fd;uint32_t  u32;uint64_t  u64;
}epoll_data_t;struct  epoll_event
{uint32_t    events;epoll_data  data;
};

events:

        EPOLLIN: 读操作
        EPOLLOUT： 写操作
        EPOLLERR： 出错
返回值： 成功返回 0 失败返回-1

1.3.4 等待事件发生

函数原型：

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);

形参： epfd： epfd 句柄
        events： 是传出参数， 所发生的事件填充到 events 指向的空间，
                注意： events 指向的空间在程序中自己定义好
        maxevents： 事件中最多有多少描述符;
        timeout: >0 在对应的毫秒时间内检测
                =0 非阻塞
                -1 阻塞， 直到事件发生函数才会返回
返回值： 成功返回描述符发生改变的个数
        超时并且没有描述符发生改变返回 0
        失败返回-1