Linux网络编程学习总结

I/O模式

I/O模式提供了一种机制，当一个或多个I/O条件满足时，可以将一个输入操作分为两个不同的阶段，I/O模式分为5中不同的类型，即：阻塞I/O，非阻塞I/O，I/O复用，信号驱动I/O和异步I/O。

select函数

函数：int select(int masfd,fd_set *readset,fd_set *writeset,

fd_set *exceptset,const struct timeval *timeout);

头文件：sys/select.h sys/time.h

说明：该函数允许进程指示内核等待多个时间中的任意个发生，并在一个或多个事件发生或经过指定时间才唤醒进程其中timeeval结构如下：

struct timeval{

    long tv_sec;//秒

    long tv_usec;//微秒

};

timeout函数中起到定时器的作用，其取值含义如下：

取0：相当于非阻塞模式，也就是不用等待，，检查完描述字后立即返回，使用该方法可以有效的轮询集合中的所有文件描述字；

取NULL:将等待，直到有一个描述字准备好后I/O返回；

取设定值：相当于一般的定时器，在描述字准备好I/O或超过了指定时间后才返回。

readset、writeset和exceptset为3个文件描述字集合，select监视集合中定义的描述字，如果不需要监视，可以设定为NULL指针。

关于返回值：

select调用返回时，除了那些已经就绪的描述符外，select将清除readfds、writefds和exceptfds中的所有没有就绪的描述符。select的返回值有如下情况：

1．正常情况下返回就绪的文件描述符个数；

2．经过了timeout时长后仍无设备准备好，返回值为0；

3．如果select被某个信号中断，它将返回-1并设置errno为EINTR。

4．如果出错，返回-1并设置相应的errno。

系统提供了4个宏对描述符集进行操作（sys/select.h和sys/time.h）：

void FD_SET(int fd, fd_set *fdset);

void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);

void FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);

void FD_ZERO(fd_set *fdset);

宏FD_SET设置文件描述符集fdset中对应于文件描述符fd的位(设置为1)；

宏FD_CLR清除文件描述符集fdset中对应于文件描述符fd的位（设置为0）；宏FD_ZERO清除文件描述符集fdset中的所有位(既把所有位都设置为0)；

宏FD_ISSET来检测文件描述符集fdset中对应于文件描述符fd的位是否被设置。

poll函数

函数poll提供了和select相似的功能，它可以将套接口设置为非阻塞模式。其和select不同点在于，poll没有使用3个基于位的文件描述符集合，而是采用了pollfd数组。

函数：int poll(struct pollfd *fdarray,nfds_t nfds,int timeout);

头文件：poll.h

说明：成功时返回描述字的个数，如果超时，返回0，如果出错，返回-1。并设置errno的值为如下值之一：

EBADF:一个或多个结构体中指定的文件描述符无效；

EFAULT:fds指针指向的地址超出进程指定的地址空间；

EINTR：请求的事件之前产生一个信号，调用可以重新发起；

EINVAL:nfd参数超出PLIMIT_NOFILE的值；

ENOMEM:可用内存不足，无法完成请求。

其中struct pollfd结构如下：

    struct pollfd{

       int fd；

       short events;

       short revents;

}

其中，event域是监视该文件描述符的掩码，有用户设置，revents域是文件描述符的操作结构掩码，有内核设定。Events域请求的任何事件都可以在revents域中返回，合法事件如下：

POLLIN:有数据可读；

POLLRDNORM:有普通数据可读（不常用）；

POLLRDBAND:有优先数据可读；

POLLPRI:有紧迫数据可读；

POLLOUT:学数据不会导致阻塞；

POLLWRNORM:写普通数据不会导致阻塞；

POLLWRBAND:写优先数据不会导致阻塞；

POLLMSG:SIGPOLL消息可用；

此外，revents也可返回如下事件：

POLLER:指定的文件描述符发生错误；

POLLHUP:指定的文件描述符挂起事件；

POLLNVAL:指定的文件描述符非法；

POLLIN=POLLRDNORM|POLLRDBAND

POLLOUT=POLLWRNORM

POLLIN|POLLPRI=select的读

POLLOUT|POLLWRBAND=select的写。

对于函数的timeout参数，情况如下：

大于0：指定等待多长时间；

等于0：立即返回；

为INFTIM:（该值为-1，有些系统定义在poll.h里，有些定义在sys/stropts.h  里，有些没有定义，需要自己定义）表示永远等待。

 

epoll机制

在linux2.6内核以及以上版本上增加了epoll机制，它包含用于处理I/O事件多路分离的一组函数。它在一定程度上弥补了linux内核对异步I/O支持的不足，epoll机制加上非阻塞的I/O可以模拟实习那异步I/O。

epoll机制所使用的数据结构：

typedef union epoll_data{

       void *ptr;

       int fd;

       __uint32_t u32;

       __uint64_t u64;

} epoll_data_t;

struct epoll_event{

       __uint32_t events;

       epoll_data_t data;

}

Epoll_event用于注册所感兴趣的事件和回传所发生待处理的事件，其中epoll_data联合体用来保存触发事件的某个文件描述符的数据。Epoll_event结构中的events字段表示感兴趣事件和触发的事件，其取值为：

    EPOLLIN:表示对于的文件描述符可读；

    EPOLLOUT:表示对应的文件描述符可写；

    EPOLLPRI:表示对应的文件描述符有紧急的数据可读；

    EPOLLERR:表示对于的文件描述符发生错误；

    EPOLLHUP:表示对应的文件描述符被切断；

    EPOLLET:表示对应的文件描述符有事件发生

相关函数

函数(1)：epoll_create(int size);

头文件：sys/epoll.h

说明：该函数生成一个epoll专用的文件描述符，其中的参数为指定内核分配size个相关内核对象。

函数(2)：epoll_ctl(int epfd,int op,int fd,struct epoll_event *event);

头文件：sys/epoll.h

说明：用于控制某个文件描述符上的时间，可以注册，修改，删除时间，其中epfd为有epoll_create生成的epoll专用文件描述符，op为要进行的操作，取值为：EPOLL_CTL_ADD(注册)，EPOLL_CTL_MOD(修改)，EPOLL_CTL_DEL(删除)；fd为关联的文件描述符，event为指向epoll_event的指针，调用成功返回0，失败返回-1。

函数(3)：

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

头文件：sys/epoll.h

说明：用于轮询I/O时间的发生。其中，epfd为epoll_create生成的epoll描述符，epoll_event为用于回传代理事件的数组。maxevents为每次能处理的事件数，timeout为等待I/O事件发生的超时值。

Epoll机制的有点

l  支持一个进程打开大数目的socket描述符

l  IO效率不随FD数目增加而线性下降