linux网络编程之socket（八）：五种I/O模型和select函数简介

一、五种I/O模型

1、阻塞I/O

我们在前面所说的I/O模型都是阻塞I/O，即调用recv系统调用，如果没有数据则阻塞等待，当数据到来则将数据从内核空间（套接口缓冲区）拷贝到用户空间（recv函数提供的buf），然后recv返回，进行数据处理。

2、非阻塞I/O

我们可以使用 fcntl(fd, F_SETFL, flag | O_NONBLOCK); 将套接字标志变成非阻塞，调用recv，如果设备暂时没有数据可读就返回-1，同时置errno为EWOULDBLOCK（或者EAGAIN，这两个宏定义的值相同），表示本来应该阻塞在这里（would block，虚拟语气），事实上并没有阻塞而是直接返回错误，调用者应该试着再读一次（again）。这种行为方式称为轮询（Poll），调用者只是查询一下，而不是阻塞在这里死等，这样可以同时监视多个设备：

while(1) 

{ 

非阻塞read(设备1); 

if(设备1有数据到达) 

处理数据; 

非阻塞read(设备2); 

if(设备2有数据到达) 

处理数据; 

..............................

}

如果read(设备1)是阻塞的，那么只要设备1没有数据到达就会一直阻塞在设备1的read调用上，即使设备2有数据到达也不能处理，使用非阻塞I/O就可以避免设备2得不到及时处理。

非阻塞I/O有一个缺点，如果所有设备都一直没有数据到达，调用者需要反复查询做无用功，如果阻塞在那里，操作系统可以调度别的进程执行，就不会做无用功了，在实际应用中非阻塞I/O模型比较少用，经常与IO multiplexing 一起使用。

3、I/O复用

用select来管理多个I/O，当没有数据时select阻塞，如果在超时时间内数据到来则select返回，再调用recv进行数据的复制，recv返回后处理数据。

4、信号驱动I/O

先注册SIGIO信号的处理函数，进程继续执行其他操作，当数据到来时会发送SIGIO信号给进程，然后可以在信号处理函数中调用recv进行数据的复制，然后recv返回进行数据处理。

5、异步I/O

aio_read 函数也会提供一个buf，系统调用进入内核，如果没有数据则立即返回，进程继续执行其他操作，所以叫异步I/O，当数据到来时内核自动复制数据，然后推送给用户空间，通过在aio_read中指定的信号通知进程，让其处理数据。异步I/O跟信号驱动I/O的不同之处在于，它不用调用recv进行数据的复制，如果将后者比做”拉pull“，则前者可以认为是”push推“，push的效率会高点，其实异步I/O跟windows下面的完成端口差不多，但aio_read的实现或多或少存在问题，用得也比较少。

  

二、select函数简介

/* 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);

参数1：读写异常集合中的文件描述符的最大值加1；

参数2：读集合，关心可读事件；

套接口缓冲区有数据可读
对等连接的写一半关闭。即接收到FIN段，读操作将返回0
如果是监听套接口，已完成连接队列不为空时。
套接口上发生了一个错误待处理，错误可以通过getsockopt指定SO_ERROR选项来获取。

参数3：写集合，关心可写事件；

套接口发送缓冲区有空间容纳数据。

对等连接的读一半关闭。即收到RST段之后，再次调用write操作。

套接口上发生了一个错误待处理，错误可以通过getsockopt指定SO_ERROR选项来获取。

参数4：异常集合，关心异常事件；

套接口存在带外数据（TCP头部 URG标志，16位紧急指针字段）

参数5：超时时间结构体

对于参数2，3，4来说，如果不关心对应事件则设置为NULL即可。注意5个参数都是输入输出参数，即select返回时可能对其进行了修改，比如集合被修改以便标记哪些套接口发生了事件，时间结构体的传出参数是剩余的时间，如果设置为NULL表示永不超时。用select管理多个I/O，select阻塞等待，一旦其中的一个或多个I/O检测到我们所感兴趣的事件，select函数返回，返回值为检测到的事件个数，并且返回哪些I/O发送了事件，遍历这些事件，进而处理事件。注意当select阻塞返回后，此时调用read/write 是不会阻塞的，因为正是有可读可写事件发生才导致select 返回，也可以认为是select 提前阻塞了。

下面是4个可以对集合进行操作的宏：
void FD_CLR(int fd, fd_set *set); // 清除出集合
int  FD_ISSET(int fd, fd_set *set); // 判断是否在集合中
void FD_SET(int fd, fd_set *set); // 添加进集合中
void FD_ZERO(fd_set *set); // 将集合清零

select函数的举例应用看这里。