I/O多路转接模型

来源：互联网发布：golang protobuf 使用编辑：程序博客网时间：2024/06/05 20:57

在这种模型下，如果请求的I/O操作阻塞，但它不是真正阻塞I/O，而是让其中的一个函数等待，在这期间，I/O还能进行其他的操作。在linux下，主要使用select()和poll()函数来实现。

select()说明：

int select(int maxfdp,fd_set *readfds,fd_set *writefds,fd_set *errorfds,struct timeval *timeout);

先说明两个结构体：

第一，struct fd_set可以理解为一个集合，这个集合中存放的是文件描述符(file descriptor)，即文件句柄，这可以是我们所说的普通意义的文件，当然Unix下任何设备、管道、FIFO等都是文件形式，全部包括在内，所以毫无疑问一个socket就是一个文件，socket句柄就是一个文件描述符。fd_set集合可以通过一些宏由人为来操作，比如清空集合FD_ZERO(fd_set *)，将一个给定的文件描述符加入集合之中FD_SET(int ,fd_set *)，将一个给定的文件描述符从集合中删除FD_CLR(int ,fd_set*)，检查集合中指定的文件描述符是否可以读写FD_ISSET(int ,fd_set* )。一会儿举例说明。

第二，struct timeval是一个大家常用的结构，用来代表时间值，有两个成员，一个是秒数，另一个是毫秒数。

具体解释select的参数：

int maxfdp是一个整数值，是指集合中所有文件描述符的范围，即所有文件描述符的最大值加1，不能错！在Windows中这个参数的值无所谓，可以设置不正确。

fd_set *readfds是指向fd_set结构的指针，这个集合中应该包括文件描述符，我们是要监视这些文件描述符的读变化的，即我们关心是否可以从这些文件中读取数据了，如果这个集合中有一个文件可读，select就会返回一个大于0的值，表示有文件可读，如果没有可读的文件，则根据timeout参数再判断是否超时，若超出timeout的时间，select返回0，若发生错误返回负值。可以传入NULL值，表示不关心任何文件的读变化。

fd_set *writefds是指向fd_set结构的指针，这个集合中应该包括文件描述符，我们是要监视这些文件描述符的写变化的，即我们关心是否可以向这些文件中写入数据了，如果这个集合中有一个文件可写，select就会返回一个大于0的值，表示有文件可写，如果没有可写的文件，则根据timeout参数再判断是否超时，若超出timeout的时间，select返回0，若发生错误返回负值。可以传入NULL值，表示不关心任何文件的写变化。

fd_set *errorfds同上面两个参数的意图，用来监视文件错误异常。

struct timeval* timeout是select的超时时间，这个参数至关重要，它可以使select处于三种状态，第一，若将NULL以形参传入，即不传入时间结构，就是将select置于阻塞状态，一定等到监视文件描述符集合中某个文件描述符发生变化为止；第二，若将时间值设为0秒0毫秒，就变成一个纯粹的非阻塞函数，不管文件描述符是否有变化，都立刻返回继续执行，文件无变化返回0，有变化返回一个正值；第三，timeout的值大于0，这就是等待的超时时间，即select在timeout时间内阻塞，超时时间之内有事件到来就返回了，否则在超时后不管怎样一定返回，返回值同上述。

返回值：

负值：select错误正值：某些文件可读写或出错 0：等待超时，没有可读写或错误的文件

在有了select后可以写出像样的网络程序来！举个简单的例子，就是从网络上接受数据写入一个文件中。

poll()说明：

# include < sys/ poll. h>
int poll ( struct pollfd * fds, unsigned int nfds, int timeout);
和select()不一样，poll()没有使用低效的三个基于位的文件描述符set，而是采用了一个单独的结构体pollfd数组，由fds指针指向这个组。pollfd结构体定义如下：

# include < sys/ poll. h>

struct pollfd {
int fd;         /* 文件描述符 */
short events;         /* 等待的事件 */
short revents;       /* 实际发生了的事件 */
} ;

每一个pollfd结构体指定了一个被监视的文件描述符，可以传递多个结构体，指示poll()监视多个文件描述符。每个结构体的events域是监视该文件描述符的事件掩码，由用户来设置这个域。revents域是文件描述符的操作结果事件掩码。内核在调用返回时设置这个域。events域中请求的任何事件都可能在revents域中返回。合法的事件如下：
POLLIN
有数据可读。
POLLRDNORM
有普通数据可读。
POLLRDBAND
有优先数据可读。
POLLPRI
有紧迫数据可读。
POLLOUT
写数据不会导致阻塞。
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域中还可能返回下列事件：
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。

这些事件在events域中无意义，因为它们在合适的时候总是会从revents中返回。使用poll()和select()不一样，你不需要显式地请求异常情况报告。
POLLIN | POLLPRI等价于select()的读事件，POLLOUT |POLLWRBAND等价于select()的写事件。POLLIN等价于POLLRDNORM |POLLRDBAND，而POLLOUT则等价于POLLWRNORM。

上面的说明引用自网络。

写了一个小例子。

一共三个终端，两个为管道，一个为程序，写入管道的内容显示在程序终端上，程序终端接受‘q’或‘Q’则推出。

#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
 
//const int MAX = 1024;
//const int FILES = 3;
//const int TIMEOUT = 20;
 
//int max(int a, int b)
//{
//    return a > b? a:b;
//}
 
 
//int main()
//{
//    int fds[FILES];
//    char buffer[MAX];
//    int i, res, realRead, maxfd;
//    struct timeval tval;
//    fd_set fs, temp_fs;
 
//    fds[0] = 0;
 
//    if ((fds[1] = open("in_1",O_RDONLY|O_NONBLOCK)) < 0)
//    {
//        printf("Open in_1 Failure!");
//        return -1;
//    }
 
 
//    if ((fds[2] = open("in_2",O_RDONLY|O_NONBLOCK)) < 0)
//    {
//        printf("Open in_2 Failure!");
//        return -1;
//    }
 
//    maxfd = max(max(fds[0], fds[1]), fds[2]);
//    FD_ZERO(&fs);
 
//    for(i = 0;i < FILES;++i)
//    {
//        FD_SET(fds[i],&fs);
//    }
 
//    tval.tv_sec = TIMEOUT;
//    tval.tv_usec = 0;
 
//    while(FD_ISSET(fds[0],&fs) ||FD_ISSET(fds[1],&fs) ||FD_ISSET(fds[2],&fs))
//    {
//        temp_fs = fs;
//        res = select(maxfd + 1, &temp_fs,NULL,NULL,&tval);
 
//        switch(res)
//        {
//        case -1:
//        {
//            printf("select() failure!");
//            return -1;
//        }
//        case 0:
//        {
//            printf("TIMEOUT!");
//            return -2;
//        }
//        default:
//        {
//            for (i = 0;i < FILES;++i)
//            {
//                if (FD_ISSET(fds[i],&temp_fs))
//                {
//                    realRead = read(fds[i],buffer,sizeof(buffer));
 
//                    if (realRead < 0)
//                    {
//                        if (errno != EAGAIN)
//                        {
//                            printf("%sn",strerror(errno));
//                            return -1;
//                        }
//                    }
//                    else if (realRead == 0)
//                    {
//                        close(fds[i]);
//                        FD_CLR(fds[i],&fs);
//                    }
//                    else
//                    {
//                        if (fds[i] == 0)
//                        {
//                            if (buffer[0] == 'q'||buffer[0] == 'Q')
//                            {
//                                return 0;
//                            }
//                        }
//                        else
//                        {
//                            buffer[realRead] = '�';
//                            printf("%sn",buffer);
//                        }
 
//                    }
//                }
//            }
//        }
//        }
 
//    }
 
//    return 0;
//}
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <poll.h>
 
constint MAX = 1024;
constint FILES = 3;
 
 
intmain()
{
    structpollfd fds[FILES];
    charbuffer[MAX];
    inti, realRead;
    fds[0].fd = 0;
    if((fds[1].fd = open("in_1",O_RDONLY|O_NONBLOCK)) < 0)
    {
        printf("Open in_1 failure!");
        return-1;
    }
 
    if((fds[2].fd = open("in_2",O_RDONLY|O_NONBLOCK)) < 0)
    {
        printf("Open in_1 failure!");
        return-1;
    }
 
    for(i = 0; i < FILES;++i)
    {
        fds[i].events = POLLIN;
 
    }
 
    while(fds[0].events||fds[1].events||fds[2].events)
    {
        if(poll(fds,FILES,0) < 0)
        {
            printf("poll failure!");
            return-1;
        }
 
        for(i = 0;i < FILES;++i)
        {
            if(fds[i].revents)
            {
                realRead = read(fds[i].fd,buffer,sizeof(buffer));
 
                if(realRead < 0)
                {
                    if(errno != EAGAIN)
                    {
                        printf("%sn",strerror(errno));
                        return-1;
                    }
                }
                elseif (realRead == 0)
                {
                    close(fds[i].fd);
                    fds[i].events = 0;
                }
                    else
                    {
                        if(fds[i].fd == 0)
                        {
                            if(buffer[0] == 'q'||buffer[0] =='Q')
                            {
                                return0;
                            }
                        }
                        else
                        {
                            buffer[realRead] ='�';
                            printf("%sn",buffer);
                        }
 
                    }
                }
            }
 
        }
 
 
    return0;
 
}

运行结果，两个效果都是一样的