writev碰上非阻塞IO--纯扯淡

今天静下心来写一写非阻塞IO的读写吧,因为今天被它们坑了一天.

在谈到非阻塞IO之前,必须先谈一谈阻塞IO,在网络编程中,我们假设有一个监听套接字的sockfd,其实它默认就是阻塞IO,具体的表现是:

1. 使用accept函数监听sockfd时,如果没有连接到来,这个函数会一直阻塞在那里.

2. 对sockfd调用recv函数的时候,如果对方还没有发送数据过来,这个函数也会一直阻塞.
3. 对sockfd执行write操作的时候,如果tcp缓冲区已经满了,那么write函数也会阻塞在那里,一直到数据写完了才返回.
4. ......

非阻塞的IO确实没有什么不好的,编程简单,逻辑清晰,但是在今天的话,有一个致命的缺点,那就是资源的利用率不高,具体来说,就是通过阻塞IO编写的服务端程序只有很少的时间在工作,大部分时间都阻塞了.

为了解决这个问题,我们应该充分利用线程阻塞的那段时间,毕竟那么长的时间里,我们可以干很多的事情,所以聪明的程序员弄出了个非阻塞IO的玩意,具体而言,就是一旦对一个文件描述符设置了非阻塞,比如说前面的sockfd,我们调用accept, write, recv等函数的时候,如果碰到数据没到,缓冲区已满这类事情,不会像之前那样阻塞在那里,这些函数会立即返回,并且设置一些标志让调用者知道.

单纯的非阻塞IO其实并没有多么大的用处,假如你要写向sockfd写入数据,如果sockfd是非阻塞的话,你大概会这样编程:

while (true) {  ret = write(sockfd, buf, sizeof(buf));  if 数据写完了      break;  if 资源不可用 or 还有剩余数据没写完    continue;}

如果我们用上面的方法来编写代码的话,还不如用直接用阻塞IO呢,轮询可比阻塞傻逼多了.

非阻塞IO加上epoll, select, poll这些IO多路复用机制,我们才可以高效地利用以前被阻塞的时光.高效确实非常高效,不过我想说的一点是:非阻塞IO加上这些IO复用机制,会使得代码的复杂度急剧上升.如果你用这些机制来编写网络程序的话,更加要小心,因为这些东西调试起来并不是那么方便,代码很可能死在一个微小而不易察觉的点上.

我顺带扯一下这些东西复杂在哪里:

1. 首先,由于监听套接字的文件描述符listenfd变得非阻塞,所以你要监听这个描述符上的可读事件,当然,这很简单.

2. 如果连接到来了,新建连接,你要设置新来的连接的文件描述符的监听,非阻塞IO就是这么个事情,拉弓没有回头箭,一旦用了,几乎所有的套接字的描述符都要设置为非阻塞.这也不难.

3. 一旦对方发送了数据,你要读取,像epoll里面,为了提升效率,我们一般都会设置ET模式,这意味着你要一次性读完fd上的数据.不能说你想读多少就读多少,边读边处理,这样的话,你或许不得不用一个buf来缓存读到的数据,并且记录你已经处理了的数据的数目.

4. 系统的tcp缓冲区很容易就填满了,因为你的IO是非阻塞的,所以一旦发生了缓冲区满这种事情,你不大可能等待到缓冲区可用,所以你也要监听这个套接字的可写事件,并且为了保存数据,你要自己弄一个buf,要记录下来已经写了多少,还有多少数据要写,下次写的时候可以从上次中断的地方开始

为了效率,我们真的牺牲了很多.要做的工作也增加了很多.当然,这篇文章可不是讲什么epoll,其实我更想谈的是非阻塞IO在write, read这些函数里的一些表现.

首先是write函数,write函数如果返回的值是大于等于0的话,那表示的是已经写入的字节数目.返回-1的话,一般会设置errno,通过判别errno我们可以知道到底是因为什么出错.

read也没有什么好说的.

好吧,我写这篇文章,其实只是想吐槽一下writev函数的,如果你用这个函数来处理非阻塞的文件描述符,应该会感觉这个玩意和鸡肋一样.

man手册里说,它的行为和write差不多:

The writev() system call works just like write(2) except that multiple buffers are written out.

不过writev是分散写,也就是你的数据可以这里一块,那里一块,然后只要将这些数据的首地址,长度什么的写到一个iovc的结构体数组里,传递给writev,writev就帮你来写这些数据,在你看来,分散的数据就像是连成了一体.

对于阻塞IO,这个函数应该是很好用的,对于非阻塞IO,你如果想用的话,要做的工作估计还很多,我们假想一下,如果writev返回一个大于0的值num,这个值又小于所有要传递的文件块的总长度,这意味着什么,意味着数据还没有写完啊.如果你还想写的话,你下一次调用writev的时候要重新整理iovc数组,这坑爹呢.

首先,你要一块一块比对大小,确定已经写了多少块数据,然后对于那个写了一点的块,要将iovc[0].iov_base指向下一个开始的字节...,好吧,听起来就烦,好吧,你看到了,其实还不如直接用write呢.