day38 tcp 并发 ，linux下的IO模型----IO多路复用

TCP 并发

由于tcp协议只能实现一对一的通信模式。为了实现一对多，有以下的的处理方式

1. 多进程
开销大
效率低

2. 多线程
创建线程需要耗时
3. 线程池
多线程模型创建线程耗时问题，提前创建
4. IO多路复用
在不创建进程和线程的前提下，对多个文件描述符进行同时监测
IO：fd读写， 共用一个进程

1.多进程（服务端）

#include<stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>int init_tpc_ser(const char *ip , unsigned short port)
{int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if(sockfd < 0){perror("fail socket");return -1;}struct sockaddr_in ser;ser.sin_family = AF_INET;ser.sin_port = htons(port);ser.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);int ret = bind(sockfd,(struct sockaddr *)&ser,sizeof(ser));if(ret < 0){perror("fail bind ");return -1;}return sockfd;}void handler(int signo)
{wait(NULL);
}int main(int agrc, char *agrv[])
{signal (17,handler);int sockfd = init_tpc_ser("192.168.0.179",50000);int ret = listen (sockfd,100);char buff[1024] = {0};if(ret < 0){perror("fail listen");return -1;}while(1){int connfd = accept(sockfd,NULL,NULL);if(connfd < 0){perror("fail accept");return -1;}pid_t pid = fork();if(pid > 0){}else if(pid == 0){while(1){memset(buff, 0 ,sizeof(buff));int ret = recv(connfd,buff ,sizeof(buff),0);printf("%s\n",buff);if(ret <= 0){return -1;}strcat(buff,"-----ok");ret = send(connfd, buff,sizeof(buff),0);if(ret < 0){return -1;}   }return 0;}else{printf("fork fail");return -1;}}close(sockfd);return-1;}

2.多线程（服务端）

#include<stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>int init_tpc_ser(const char *ip , unsigned short port)
{int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if(sockfd < 0){perror("fail socket");return -1;}struct sockaddr_in ser;ser.sin_family = AF_INET;ser.sin_port = htons(port);ser.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);int ret = bind(sockfd,(struct sockaddr *)&ser,sizeof(ser));if(ret < 0){perror("fail bind ");return -1;}return sockfd;}char buff[1024] = {0};
void* task(void *reg)
{int connfd = *(int *)reg;//传过来保存就不会收到其他线程影响while(1){memset(buff, 0 ,sizeof(buff));int ret = recv(connfd,buff ,sizeof(buff),0);printf("%s\n",buff);if(ret == 0){break;}strcat(buff,"-----ok");ret = send(connfd, buff,sizeof(buff),0);if(ret = 0){break;}   }close(connfd);pthread_detach(pthread_self());//设置线程分离属性。主线程无暇回收次线程return 0;
}int main(int agrc, char *agrv[])
{int sockfd = init_tpc_ser("192.168.0.179",50000);int ret = listen (sockfd,100);int connfd = 0;pthread_t tid = 0;if(ret < 0){perror("fail listen");return -1;}while(1){connfd = accept(sockfd,NULL,NULL);if(connfd < 0){perror("fail accept");return -1;}pthread_create(&tid,NULL,task,&connfd); }close(sockfd);return-1;}

3.io多路复用（具体见下）

2.IO模型

Linux下常用的IO模型：

1. 阻塞IO

fgets
read
getchar
fread
fgetc
recv
recvfrom
1. 让多个IO事件以同步方式处理（顺序处理），
2. 多个IO事件之间互相影响
3. CPU占有率低

2. 非阻塞IO

   将IO对应的文件描述符设置成非阻塞方式。O_NONBLOCKfcntl1.非阻塞一般搭配轮询方式同时监测多个IO2.cpu占有率高

#include "head.h"int main(int argc, const char *argv[])
{mkfifo("./fifo", 0664);	char buff[1024] = {0};int fifofd = open("./fifo", O_RDONLY);if (fifofd < 0){perror("fail open fifo");return -1;}//1， 获取文件描述符(终端)原flags特性int flags = fcntl(0, F_GETFL);//2. 给原flags增加非阻塞特性flags = flags | O_NONBLOCK;//3. 给文件描述符设置新flags特性fcntl(0, F_SETFL, flags);while (1){memset(buff, 0, sizeof(buff));fgets(buff, sizeof(buff), stdin);//不会堵塞在这里，内核检测到键盘输入自动运行printf("STDIN : %s\n", buff);memset(buff, 0, sizeof(buff));read(fifofd, buff, sizeof(buff));printf("FIFO : %s\n", buff);}close(fifofd);return 0;
}

3. 信号驱动IO

  SIGIO1.实现异步IO操作，节省CPU开销2.只能针对比较少的IO事件（信号很少）

#include "head.h"char buff[1024] = {0};
void handler (int signo)
{memset(buff, 0, sizeof(buff));fgets(buff, sizeof(buff), stdin);printf("STDIN : %s\n", buff);}
int main(int argc, const char *argv[])
{signal(SIGIO,handler);mkfifo("./fifo", 0664);	int fifofd = open("./fifo", O_RDONLY);if (fifofd < 0){perror("fail open fifo");return -1;}//1， 获取文件描述符原flags特性int flags = fcntl(0, F_GETFL);//2. 给原flag异步flags = flags |O_ASYNC;//3. 给文件描述符设置新flags特性fcntl(0, F_SETFL, flags);//关联信号与当前进程fcntl(0,F_SETOWN,getpid());while (1){memset(buff, 0, sizeof(buff));read(fifofd, buff, sizeof(buff));printf("FIFO : %s\n", buff);}close(fifofd);return 0;
}

4. IO多路复用（IO多路转接）

   在不创建新的进程和线程的前提下， 在一个进程中，同时监测多个IO
1. select1. 文件描述符集合以数组（位图）的方式保存，最多监测1024个文件描述符。2. 文件描述符集合创建在应用层，需要应用层和内核层反复拷贝3. 内核层返回整个文件描述符集合，需要用户层遍历查找到达事件的文件描述符4. 只能工作在水平触发模式（低速模式）
2. poll1. 文件描述符集合以链表的方式保存，监测文件描述符可超过1024。2. 文件描述符集合创建在应用层，需要应用层和内核层反复拷贝3. 内核层返回整个文件描述符集合，需要用户层遍历查找到达事件的文件描述符4. 只能工作在水平触发模式（低速模式）
3. epoll 1. 文件描述符集合以树型结构（红黑树）保存，监测文件描述符可超过1024， 提高了数据的查找速度。2. 文件描述符集合创建在内核层；3. 返回的是到达事件的文件描述符集合，无需遍历查找4. 可以工作在水平触发模式（低速模式），也可以工作在边沿触发模式（高速模式）

1.select

1. 创建文件描述符集合
   2. 添加关注的文件描述符到集合
   3. 传递给内核，内核开始监测IO事件 select
   4. IO事件到达则返回结果–》
   2.哪个fd事件到达执行哪个

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
功能：通知内核监测IO事件并返回事件结果
参数：nfds：最大文件描述符+1readfds: 文件描述符读事件集合writefds：文件描述符写事件集合exceptfds：其他timeout ： 超时时间
返回值：成功：返回达到的事件的个数失败：-1设置超时：超时时间到，但没有事件到达：0void FD_CLR(int fd, fd_set *set);int  FD_ISSET(int fd, fd_set *set);void FD_SET(int fd, fd_set *set);void FD_ZERO(fd_set *set);

#include "head.h"int main(int argc, const char *argv[])
{mkfifo("./fifo", 0664);	char buff[1024] = {0};int fifofd = open("./fifo", O_RDONLY);if (fifofd < 0){perror("fail open fifo");return -1;}int maxfd = 0;fd_set rdfds;//创建集合FD_ZERO(&rdfds);//清0//加入集合FD_SET(0,&rdfds);FD_SET(fifofd,&rdfds);maxfd = fifofd >maxfd ?fifofd:maxfd;fd_set rdfdscopy;while(1){rdfdscopy= rdfds;//防止rdfds被修改，//发送位图给内核int cnt = select(maxfd+1,&rdfdscopy,NULL,NULL,NULL);if(cnt < 0){perror("fail select");return -1;}//判断是否事件到达if(FD_ISSET(0,&rdfdscopy)){memset(buff,0,sizeof(buff));fgets(buff,sizeof(buff),stdin);printf("stdin : %s",buff);}if(FD_ISSET(fifofd,&rdfdscopy)){memset(buff,0,sizeof(buff));read(fifofd,buff,sizeof(buff));printf("fifo : %s\n",buff);}}close(fifofd);return 0;
}

select实现并发tcp

#include "head.h"int init_tcp_ser(const char *ip, unsigned short port)
{int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (sockfd < 0){perror("fail socket");return -1;}struct sockaddr_in ser;ser.sin_family = AF_INET;ser.sin_port = htons(port);ser.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);int ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&ser, sizeof(ser));if (ret < 0){perror("fail bind");return -1;}ret = listen(sockfd, 100);if (ret < 0){perror("fail listen");return -1;}return sockfd;
}	int main(int argc, const char *argv[])
{char buff[1024] = {0};int sockfd = init_tcp_ser("192.168.0.166", 50000);	if (sockfd < 0){return -1;}struct sockaddr_in cli;socklen_t clilen = sizeof(cli);int maxfd = 0;//1、 创建文件描述符集合fd_set rdfds, rdfdstmp;FD_ZERO(&rdfds);//2. 将关注的监听套接字加入到集合FD_SET(sockfd, &rdfds);maxfd = sockfd;while (1){//3. 内核开始检测套接字事件rdfdstmp = rdfds;int cnt = select(maxfd+1, &rdfdstmp, NULL, NULL, NULL);if (cnt < 0){perror("fail select");return -1;}// 是否有监听套接字事件到达if (FD_ISSET(sockfd, &rdfdstmp)){int connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&cli, &clilen);if (connfd < 0){perror("fail accept");return -1;}printf("[%s : %d] get online!\n", inet_ntoa(cli.sin_addr), ntohs(cli.sin_port));FD_SET(connfd, &rdfds);maxfd = maxfd > connfd ? maxfd : connfd;}//循环遍历剩余套接字，是否有通讯套接字事件到达for (int i = sockfd+1; i <= maxfd; i++){if (FD_ISSET(i, &rdfdstmp)){memset(buff, 0, sizeof(buff));ssize_t size = recv(i, buff, sizeof(buff), 0);if (size < 0){perror("fail recv");FD_CLR(i, &rdfds);close(i);continue;}else if (0 == size){FD_CLR(i, &rdfds);close(i);continue;}printf("%s\n", buff);strcat(buff, "-----ok!");size  = send(i, buff, strlen(buff), 0);if (size < 0){perror("fail recv");FD_CLR(i, &rdfds);close(i);continue;				}}}}close(sockfd);return 0;
}