系统运维
（上一篇地址）前面使用socket完成一个服务器对应多个客户端的小实验的时候，针对TCP连接，我们必须得创建新的进程来与新的客户端通信。那么，就意味着，1000个客户端就有有1000个server进程，这显然是不实际的。如果，我们可以提前把要监听的文件描述符放到一个集合里，一旦其中一个发生事件（不管是连上，还是通信），就去处理。这样，会方便很多。所以，今天学习一下IO复用。
1 五个I/O模型
阻塞I/O
非阻塞I/O
I/O复用（select和poll）
信号驱动I/O
异步I/O
阻塞IO
最流行的I/O模型是阻塞I/O模型,缺省时，所有的套接口都是阻塞的。
非阻塞IO
IO复用
信号驱动IO
异步IO
2 I/O复用
如果一个或多个I/O条件满足（例如:输入已准备好被读，或者描述字可以承接更多输出的时候）我们就能够被通知到，这样的能力被称为I/O复用，是由函数select和poll支持的。
I/O复用网络应用场合
当客户处理多个描述字
一个客户同时处理多个套接口
如果一个tcp服务器既要处理监听套接口，又要处理连接套接口
如果一个服务器既要处理TCP，又要处理UDP
select
/* According to POSIX.1-2001 */
#include <sys/select.h>
/* According to earlier standards */
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,
fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
void FD_CLR(int fd, fd_set *set);//从集合中删除一个描述字
int FD_ISSET(int fd, fd_set *set);//描述字是否在该集合中
void FD_SET(int fd, fd_set *set);//添加一个描述字到集合中
void FD_ZERO(fd_set *set);//清空描述字集合作用：函数允许进程指示内核等待多个事件中的任一个发生，并仅在一个或多个事件发生或经过某指定的时间后才唤醒进程
提供了即时响应多个套接的读写事件
参数：
nfds：集合中最大的文件描述符 + 1 （指定被测试的描述字个数，它的值是要被测试的最大描述字加1，描述字0、1、2…….一直到nfds均被测试）
readfds：要检查读事件的容器
writefds：要检查写事件的容器
timeout：超时时间
返回值：返回触发套接字的个数
中间的三个参数readset、writeset和exceptset指定我们要让内核测试读、写和异常条件所需的描述字
如果我们对某个条件不感兴趣，这三个参数中相应的参数就可以设为空指针
timeout参数
时间的结构体如下：
struct timeval(
long tv_sec; //秒
long tv_usec;//微秒
);timeout参数有三种可能
永远等待下去：仅在有一个描述字准备好I/O时才返回，为此，我们将timeout设置为空指针
等待固定时间：在有一个描述字准备好I/O是返回，但不超过由timeout参数所指timeval结构中指定的秒数和微秒数
根本不等待：检查描述字后立即返回，这称为轮询。定时器的值必须为0
fd_set参数
select使用描述字集，它一般是一个整数数组，每个数中的每一位对应一个描述字。
使用流程
使用select完成之前socket的测试，流程如下：
客户端代码不变。
#include < sys/types.h>
#include < sys/socket.h>
#include < netinet/in.h> //sockaddr_in
#include < stdio.h>
#include < string.h>
//TCP
int main()
{
int fd;
int ret;
int addrLen;
char acbuf[20] = ;
struct sockaddr_in serAddr = {0};
struct sockaddr_in myAddr = {0};
//1.socket();
fd = socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(fd == -1)
{
perror(socket);
return -1;
}
//2.连接connect() 服务器的地址
serAddr.sin_family = AF_INET;
serAddr.sin_port = htons(1234);
serAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(192.168.159.5);
ret = connect(fd,(struct sockaddr *)&serAddr,sizeof(struct sockaddr_in));
if(ret == -1)
{
perror(connect);
return -1;
}
//获取自己的地址
addrLen = sizeof(struct sockaddr_in);
ret = getsockname(fd,(struct sockaddr *)&myAddr,&addrLen);
if(ret == -1)
{
perror(getsockname);
return -1;
}
printf(client---ip: %s , port: %d\\n,\\
inet_ntoa(myAddr.sin_addr),ntohs(myAddr.sin_port));
//3.通信
while(1)
{
printf(send: );
fflush(stdout);
scanf(%s,acbuf);
if(strcmp(acbuf,exit) == 0)
{
break;
}
write(fd,acbuf,strlen(acbuf));
}
//4.close()
close(fd);
return 0;
}服务器端：
select.c
#include < sys/types.h>
#include < sys/socket.h>
#include < netinet/in.h> //sockaddr_in
#include < stdio.h>
#include < string.h>
#include < signal.h>
#include < sys/select.h>
#include < unistd.h>
#include < sys/time.h>
//TCP
int main()
{
int fd;
int clientfd;
int ret;
pid_t pid;
int i;
int maxfd; //当前最大套接字
int nEvent;
fd_set set = {0}; //监听集合
fd_set oldset = {0}; //存放所有要监听的文件描述符
struct timeval time = {0};
int reuse = 0;
char acbuf[20] = ;
char client_addr[100] = ;
struct sockaddr_in addr = {0}; //自己的地址
struct sockaddr_in clientAddr = {0}; //连上的客户端的地址
int addrLen = sizeof(struct sockaddr_in);
signal(SIGCHLD,SIG_IGN);
//1.socket()
fd = socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(fd == -1)
{
perror(socket);
return -1;
}
//会出现没有活动的套接字仍然存在，会禁止绑定端口，出现错误：address already in use .
//由TCP套接字TIME_WAIT引起，bind 返回 EADDRINUSE,该状态会保留2-4分钟
if (setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse)) < 0)
{
perror(setsockopet error\\n);
return -1;
}
//2.bind()
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_port = htons(1234);
addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(192.168.159.5);
ret = bind(fd,(struct sockaddr *)&addr,addrLen);
if(ret == -1)
{
perror(bind);
return -1;
}
//3.listen()
ret = listen(fd,10);
if(ret == -1)
{
perror(listen);
return -1;
}
//创建监听集合
FD_ZERO(&oldset);
FD_SET(fd,&oldset);
//maxfdp1：当前等待的最大套接字。比如：当前fd的值=3，则最大的套接字就是3
//所以每当有客户端连接进来，就比较一下文件描述符
maxfd = fd;
//select
//select之前，set放的是所有要监听的文件描述符；{3，4,5}
//select之后，set只剩下有发生事件的文件描述符。{3}
while(1)
{
set = oldset;
printf(before accept.\\n);
time.tv_sec = 5;
nEvent = select(maxfd + 1,&set,NULL,NULL,&time); //返回文件描述符的个数（即事件的个数）
printf(after accept.%d\\n,nEvent);
if(nEvent == -1)
{
perror(select);
return -1;
}
else if(nEvent == 0) //超时
{
printf(time out);
return 1;
}
else
{
//有事件发生
//判断是否是客户端产生的事件
for(i = 0 ; i <= maxfd ; i++)
{
if(FD_ISSET(i,&set))
{
if(i == fd)
{
clientfd = accept(fd,(struct sockaddr *)&clientAddr,&addrLen);
FD_SET(clientfd,&oldset);
printf(client ip:%s ,port:%u\\n,inet_ntoa(clientAddr.sin_addr),ntohs(clientAddr.sin_port));
if(clientfd > maxfd)
{
maxfd = clientfd;
}
}
else
{
memset(acbuf,0,20);
if(read(i,acbuf,20) == 0) //客户端退出
{
close(i);
//还要从集合里删除
FD_CLR(i,&oldset);
}
else
printf(receive: %s\\n,acbuf);
}
}
}
}
}
return 0;
}epoll
epoll用到的函数有以下几个：
#include <sys/epoll.h>
int epoll_create(int size);//创建epoll
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);//操作函数
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events,
int maxevents, int timeout); 事件集合的结构体：
(这里 ，还要注意，epoll的超时参数是int，单位是us)
使用流程
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h> //sockaddr_in
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <sys/epoll.h>
//epoll
//epoll_wait() epoll_creat() epoll_ctl()
//TCP
int main()
{
int fd;
int clientfd;
int ret;
pid_t pid;
int i;
int epfd;
int nEvent;
struct epoll_event event = {0};
struct epoll_event rtl_events[20] = {0}; //事件结果集
int reuse = 0;
char acbuf[20] = ;
char client_addr[100] = ;
struct sockaddr_in addr = {0}; //自己的地址
struct sockaddr_in clientAddr = {0}; //连上的客户端的地址
int addrLen = sizeof(struct sockaddr_in);
signal(SIGCHLD,SIG_IGN);
//1.socket()
fd = socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(fd == -1)
{
perror(socket);
return -1;
}
//会出现没有活动的套接字仍然存在，会禁止绑定端口，出现错误：address already in use .
//由TCP套接字TIME_WAIT引起，bind 返回 EADDRINUSE,该状态会保留2-4分钟
if (setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse)) < 0)
{
perror(setsockopet error\\n);
return -1;
}
//2.bind()
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_port = htons(1234);
addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(192.168.159.5);
ret = bind(fd,(struct sockaddr *)&addr,addrLen);
if(ret == -1)
{
perror(bind);
return -1;
}
//3.listen()
ret = listen(fd,10);
if(ret == -1)
{
perror(listen);
return -1;
}
epfd = epoll_create(1000); //同时监听的文件描述符
event.data.fd = fd;
event.events = EPOLLIN; //读
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,fd, &event);
while(1)
{
// nEvent = epoll_wait(epfd,rtl_events,20,-1); //-1:阻塞 0:非阻塞
nEvent = epoll_wait(epfd,rtl_events,20,5000);
if(nEvent == -1)
{
perror(epoll_wait);
return -1;
}
else if(nEvent == 0)
{
printf(time out.);
}
else
{
//有事件发生，立即处理
for(i = 0; i < nEvent;i++)
{
//如果是 服务器fd
if( rtl_events[i].data.fd == fd )
{
clientfd = accept(fd,(struct sockaddr *)&clientAddr,&addrLen);
//添加
event.data.fd = clientfd;
event.events = EPOLLIN; //读
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,clientfd,&event);
printf(client ip:%s ,port:%u\\n,inet_ntoa(clientAddr.sin_addr),ntohs(clientAddr.sin_port));
}
else
{
//否则 客户端fd
memset(acbuf,0,20);
ret = read(rtl_events[i].data.fd,acbuf,20);
printf(%d\\n,ret);
if( ret == 0) //客户端退出
{
close(rtl_events[i].data.fd);
//从集合里删除
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_DEL,rtl_events[i].data.fd,NULL);
}
else
printf(receive: %s\\n,acbuf);
}
}
}
}
return 0;
}运行结果如前，正常收发。
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