I/O复用

1. I/O复用的原因及场景

之所以会进行I/O复用是因为不想让代码阻塞在某一个I/O相关的系统调用中。因此，只要是涉及到操作多个文件描述府的程序，都适合使用I/O复用。

2. 基本的I/O处理模型

2.1 阻塞式I/O

“一直等待，直至有数据返回”
最常见的I/O方式，在进行IO系统调用时，进程阻塞，直至系统调用完成返回，进程继续进行。例如，程序中调用recv函数，然后该进程阻塞在这里，直到recv函数返回，才继续执行下面的代码。

2.2 非阻塞式I/O

“即刻返回，没有数据时返回错误码，可由此构造轮询IO请求模型”
也可视为轮询请求IO的一种方式。即，当调用系统调用时，如果此时无数据可返回，则直接返回一个错误码。在编程时，可根据返回值判断，若为错误码则可使进程睡眠特定时间或做一些其他的事，然后再次请求IO，如此反复，直至有数据返回。由此，构成了一个轮询的IO请求。

2.3 I/O复用(select&poll)

“也是阻塞，但是是让程序阻塞在多个文件描述符上，而非一个”
通过使用select和poll，指定需要等待I/O的文件描述符，然后让进程阻塞在select上，之后，如果文件描述符集合中任意一个准备好，select会返回，程序继续执行。

2.4 信号驱动I/O

“创建SIGIO的信号处理程序”
使内核在文件描述府就绪时发送SIGIO信号给程序，程序中捕捉并进行相应处理。需要注意的是，需程序开启该功能。

2.5 异步I/O模型

“内核通知程序I/O何时完成”
与信号驱动类似，也是内核通知，不同在于，信号驱动通知时，我们可以启动一个I/O调用操作，而该模型中，通知时，I/O操作已完成，因此我们无需感知到该信号，并设置信号处理函数。需要注意的是，可能不是每个系统均支持该种模型。

3. Select函数

/* 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 maxfdp1, fd_set *readset, fd_set *writeset, fd_set *exceptset, const struct timeval *timeout);struct timeval{    long tv_sec;   /* second */    long tv_usec;  /* microsecond */}/* 清空FD集 */void FD_ZERO(fd_set *fdset);/* 向FD集中添加fd符 */void FD_SET(int fd, fd_set *fdset);/* 清楚FD集中的描述符fd */void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);/* 判断fd是否在FD集中 */void FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);

其中，timeout置为空指针时，该函数会一直等到有IO准备好才返回。timeout中的值全为0时，根本不等待直接返回。timeout中包含一定数值时，在时间内有准备好的IO会返回，或者到达指定时延后会返回。

4. Poll函数

#include <poll.h>int poll(struct pollfd *fdarray, unsigned long nfds, int timeout);struct pollfd{    int fd;    short events;   /* 感兴趣的事件 */    short revents;  /* 发生的事件 */};

其中events和revents的取值如下：

常量值 events revents 说明 POLLIN Y Y 普通或优先带数据可读 POLLRDNORM Y Y 普通数据可读 POLLRDBAND Y Y 优先级带数据可读 POLLPRI Y Y 高优先级数据可读 POLLOUT Y Y 普通数据可写 POLLWRNORM Y Y 普通数据可写 POLLWRBAND Y Y 优先级带数据可写 POLLERR N Y 发生错误 POLLHUP N Y 发生挂起 POLLNVAL N Y 描述符不是一个打开的文件

timeout参数的可能取值如下:

值 说明 INFTIM 永远等待 0 不等待，立即返回 > 0 等待指定的时间值