linux复习——I/O复用

I/O复用

linux下实现I/O复用的系统调用主要有select,poll和epoll.

一、select系统调用

用途：在一段指定时间内，监听用户感兴趣的文件描述符上的可读可写和异常等事件。

1.1 select API

#include<sys/select.h>

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

1. nfds参数指定被监听的文件描述符的总数，select监听所有文件描述符的最大值+1（文件描述符是从0开始计数的）。
2. readfds,writefds,exceptfds分别指向可读、可写、异常等事件对应的文件描述符的集合。应用程序调用select函数时，通过这3个参数传入自己感兴趣的文件描述符。select调用返回时，内核将修改他们来通知应用程序哪些文件描述符已经就绪。三个参数的是通过fd_set结构体仅包含了一个整型数组，该数组的每个元素的每一位标记一个文件描述符。fd_set能容纳的文件描述符数量由FD_SETSIZE指定，这就限定了select能同时处理文件描述符的总量。
3. timeout参数用来设置select函数的超时时间。timeval结构类型的指针：采用指针参数是因为内核将修改它来告诉应用程序select等待了多久。但是timeout在调用失败是值是不确定的。

select提供微妙级的定时方式。给timeout变量tv_sec成员和tv_usecc成员都传递0，则select将立即返回。如果传递null，select一直阻塞，直到某个文件描述符就绪。 select成功时返回就绪文件描述符的总数。如果在超时时间内没有任何文件描述符就绪，select将返回0，select失败时返回-1并设置errno.如果在select等待期间，程序接收到信号，则select立即返回-1.并设置errno为EINTR。

1.2文件描述符就绪的条件

  1.2.1以下情况socket是可读的：

1. 无堵塞的读该socket:socket内核接收缓存区中字节数>=最低水位标记（SO_RCVLOWAT）,此时读操作返回的字节数大于0.
2. socket通信的对方关闭了连接，此时读操作返回0；
3. 监听socket上有新的连接请求；
4. socket上有未处理的错误（使用getsockopt来读取和清除该错误）
   1.2.2以下情况socket是可写的：
   1. socket内核发送缓存区中的可用字节数>=最低水位标记，此时无阻塞的写该socket，写的操作返回的字节数大于0；
   2. socket的写操作被关闭。（对于写操作被关闭的socket，执行写操作将触发SIGPIPE信号）
   3. socket使用非阻塞connect连接成功或者失败之后。
   4. socket上有未处理的错误
   1.2.3异常情况：
   1. socket上接收到带外数据
   二、poll系统调用
   poll系统调用和select类似，也是在指定时间内轮询一定数量的文件描述符，用来测试其中是否有绪者。
   #include<poll.h>
   int poll( struct pollfd *fds,nfds_t nfds,int timeout );
   参数解析：
   1、fds参数，pollfd结构体类型的数组，指定所有文件描述符上发生的可读、可写和异常等事件
   struct pollfd
   {
       int fd;//文件描述符
       short events;//注册事件，告诉poll监听fd上哪些事件，一系列事件的按位或
       short revents;//实际发生的事件，有内核填充
   };
   通常，应用程序需要根据recv调用的返回值来区分socket上接收到的是有效数据还是对方关闭连接的请求，并作出相应的处理。
   2、nfds参数指定被监听事件集合fds的大小。
   3、timeout参数指定poll的超时值，单位是毫秒。当timeout=-1时，poll调用将永远阻塞，直到某个事件发生；当timeout=0时，poll调用将立即返回。

   poll系统调用的返回值的含义与select相同。

   三、epoll的系统调用

   epoll需要一个额外的文件描述符来唯一识别内核中的事件表（存放用户关心的文件描述符上的事件）。

   1、创建额外的文件描述符

   int epoll_create( int size );

   1. 参数size不起作用，只是给内核一个提示，告诉事件表的大小。
   2. 返回值是文件描述符，用作其他epoll系统调用的第一个参数，用来指定要访问的内核事件表。

   2、用来操作epoll的内核事件表

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

   参数说明：

   1、fd：要操作的文件描述符

   2、op：指定操作类型。

        操作类型的分类：

   1.      EPOLL_CTL_ADD,往事件表中注册fd上的事件。
   2.      EPOLL_CTL_MOD,修改fd上的注册事件
   3.      EPOLL_CTL_DEL，删除fd上的注册事件

   3、event：指定事件。结构：struct epoll_event

                          {

                             _uint32_t events;//描述事件类型

                             epoll_data_t data;};//存储用户数据

           data的定义：typedef union epoll_data

                       {

                            void *ptr;//用来指定和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;

   注：由于epoll_data_t是一个联合体，故不能同时使用ptr和fd.如果要实现将文件描述符和用户数据关联起来，以实现数据的快速访问。

   解决方法：放弃使用epoll_data_t中的fd成员，而在ptr指向的用户数据中包含fd.

   3、epoll_wait函数：一段超时时间内等待一组文件描述符的事件。epoll系列调用的主要接口是epoll_wait函数。

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

   参数解释：

   1. maxevents:指定最多监听多少事件，必须大于0；
   2. events:只用于输出epoll_wait检测到的就绪事件。

   注：epoll_wait如果检测到事件，就将所有就绪的事件从内核事件表中复制到它的第二个参数events指定的数组中。