IO复用是Linux中的IO模型之一，IO复用就是进程预先告诉内核需要监视的IO条件，使得内核一旦发现进程指定的一个或多个IO条件就绪，就通过进程进程处理，从而不会在单个IO上阻塞了。Linux中，提供了select、poll、epoll三种接口函数来实现IO复用。
#include <sys/select.h> #include <sys/time.h> int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout); 返回：若有就绪描述符则为其个数，超时为0，出错-1
nfds参数指定了被监听文件描述符的个数，通常设置为监听的所有描述符最大值加1，因为文件描述符是从0开始的。readfs、writefds和exceptfds分别对应可读、可写和异常等事件文件描述符集合，当调用select时，通过这3个参数传入自己感兴趣的文件描述符，select函数返回后，内核通过修改他们来通知应用程序那些文件描述符已经就绪。
fd_set结构体包含一个整形数组，该数组中每一个元素的每一位标记一个文件描述符，fd_set容纳的文件描述符数量由FD_SETSIZE指定，这就限制了select能同时处理的文件描述符最大个数。通过一些宏来操作fd_set结构体中的位：
#include <sys/select.h> FD_ZERO(fd_set *fdset); /* 清除fdset所有标志位 */ FD_SET(int fd, fd_set fdset); /* 设置fdset标志位fd */ FD_CLR(int fd, fd_set fdset); /* 清除fdset标志位fd */ int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset); /* 测试fdset的位fd是否被设置 */timeout参数用来设置select的超时时间，它是一个timeval结构类型指针，采用指针参数是应为内核将修改它以告诉应用程序select等待了多久。不过我们不能完全信任select调用返回的timeout值，比如调用失败后timeout的值是不确定的。
struct timeval
{
long tv_sec; //秒数
long tv_usec; //微秒数
};
select提供了一个微妙的定时方案，如果给timeval的成员都赋值0，则select将立即返回；如果timeout为NULL，则select将一直阻塞，直到某个文件描述符就绪。select成功时返回就绪的文件描述符的总数，如果在超时时间内没有任何描述符就绪，select返回0，select失败返回-1并设置errno。如果在select等待期间，程序收到信号，则select立即返回-1，并设置errno为EINTR。
select缺点：
l 每次调用select，都需要把fd集合从用户态拷贝到内核态，这个开销在fd很多时会很大
l 每次调用select都需要在内核遍历传递进来的所有fd，这个开销在fd很多时也很大
l select支持的文件描述符数量太小了，默认是1024
/**
* select测试用例
*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/select.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#define err_sys(msg) do { perror(msg); exit(-1); } while(0)
#define err_exit(msg) do {fprintf(stderr, msg); exit(-1); } while(0)
#define err_info(msg) do { fprintf(stderr, msg); } while(0)
int main(int argc, char *argv[])
{
if(argc != 3)
err_exit("usage: ./a.out ip port.\n");
int port = atoi(argv[2]);
int listenfd, connfd;
struct sockaddr_in servaddr;
if((listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
err_sys("socket");
bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_port = htons(port);
if(inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr) < 0)
err_sys("inet_pton");
if(bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)
err_sys("bind");
if(listen(listenfd, 5) < 0)
err_sys("listenfd");
if((connfd = accept(listenfd, NULL, NULL)) < 0)
err_sys("accept");
fd_set read_fd;
fd_set except_fd;
FD_ZERO(&read_fd);
FD_ZERO(&except_fd);
char buf[1024];
while(1)
{
memset(buf, 0, sizeof(buf));
/* 每次调用select前都要重新在read_fd和except_fd中设置文件描述浮connfd，因为事件发生后，
* 文件描述符集将被内核修改 */
FD_SET(connfd, &read_fd);
FD_SET(connfd, &except_fd);
if(select(connfd + 1, &read_fd, NULL, &except_fd, NULL) < 0)
err_sys("select");
/* 对于可读事件，采用普通的recv函数读取数据 */
if(FD_ISSET(connfd, &read_fd))
{
if(recv(connfd, buf, sizeof(buf) - 1, 0) < 0)
{
err_info("recv error\n");
continue;
}
if(!strcmp(buf, "exit"))
{
printf("I had got the exit, I will go out! bye!\n");
break;
}
else
{
printf("recv: %s\n", buf);
}
}
/* 对于异常事件，采用带MSG_OOB标志的recv函数都去带外数据 */
if(FD_ISSET(connfd, &except_fd))
{
if(recv(connfd, buf, sizeof(buf) - 1, MSG_OOB) < 0)
{
err_info("recv error\n");
continue;
}
printf("recv: %s\n", buf);
}
}
close(connfd);
close(listenfd);
return 0;
}
#include <poll.h> int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout); 返回：若有就绪描述符则为其数目，超时为0，出错-1
poll系统调用和select类似，也是在一定时间内轮询一定数量的文件描述符，测试是否有就绪者。nfds参数指定被监听事件集合fds的大小，timeout指定poll的超时值，单位为毫秒，当timeout为-1时，poll调用将一直阻塞，直到某个事件发生；当timeout为0时，poll调用马上返回。
pollfd结构体：
struct pollfd
{
int fd; /* 文件描述符 */
short events; /* 注册的事件 */
short revents; /* 实际发生的事件，有内核填充 */
};
poll支持的事件类型：
/**
* poll测试用例，同时接收客户端发来的数据和从标准输入中读取数据
*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/poll.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#define err_sys(msg) do { perror(msg); exit(-1); } while(0)
#define err_exit(msg) do {fprintf(stderr, msg); exit(-1); } while(0)
#define err_info(msg) do { fprintf(stderr, msg); } while(0)
int main(int argc, char *argv[])
{
if(argc != 3)
err_exit("usage: ./a.out ip port.\n");
int port = atoi(argv[2]);
int listenfd, connfd;
struct sockaddr_in servaddr;
if((listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
err_sys("socket");
bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_port = htons(port);
if(inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr) < 0)
err_sys("inet_pton");
if(bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)
err_sys("bind");
if(listen(listenfd, 5) < 0)
err_sys("listenfd");
if((connfd = accept(listenfd, NULL, NULL)) < 0)
err_sys("accept");
struct pollfd poll_fd[2];
poll_fd[0].fd = connfd;
poll_fd[0].events = POLLIN;
poll_fd[1].fd = STDIN_FILENO;
poll_fd[1].events = POLLIN;
char buf[1024];
int runing = 1;
#define MAXEVENTS 2
while(runing)
{
memset(buf, 0, sizeof(buf));
if(poll(poll_fd, MAXEVENTS, -1) < 0)
err_sys("poll");
int i, sockfd, ret;
for(i = 0; i < MAXEVENTS; i++)
{
if(poll_fd[i].revents & POLLIN)
{
sockfd = poll_fd[i].fd;
if(sockfd == connfd)
{
if((ret = recv(sockfd, buf, sizeof(buf) - 1, 0)) <= 0)
{
if(ret < 0)
err_info("recv error\n");
else
{
printf("The client host is terminal. I will go tou! Bye!!\n");
runing = 0;
}
}
if(!strcmp(buf, "exit"))
{
printf("I had got the exit, I will go out! bye!\n");
runing = 0;
}
else
{
printf("recv: %s\n", buf);
}
}
else if(sockfd == STDIN_FILENO)
{
scanf("%s", buf);
if(send(connfd, buf, strlen(buf), 0) < 0)
{
err_info("send error");
}
}
}
}
}
close(connfd);
close(listenfd);
return 0;
}
epoll是Linux特有的IO复用函数，它在实现和使用上与select和poll有很大差异，首先，epoll使用一组函数来完成操作，而不是单个函数。其次，epoll把用户关心的文件描述符上的事件放在内核上的一个事件表中，从而无须像select和poll那样每次调用都要重复传入文件描述符集合事件表。但epoll需要使用一个额外的文件描述符，来唯一标识内核中这个事件表，这个文件描述符使用如下epoll_create函数创建
#include <sys/epoll.h> int epoll_create(int size); 返回：成功返回创建的内核事件表对应的描述符，出错-1
size参数现在并不起作用，只是给内核一个提示，告诉它内核表需要多大，该函数返回的文件描述符将用作其他所有epoll函数的第一个参数，以指定要访问的内核事件表。用epoll_ctl函数操作内核事件表
#include <sys/epoll.h> int epoll_ctl(int opfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
返回：成功返回0，出错-1
fd参数是要操作的文件描述符，op指定操作类型，操作类型有3种
l EPOLL_CTL_ADD：往事件表中注册fd上的事件
l EPOLL_CTL_MOD：修改fd上的注册事件
l EPOLL_CTL_DEL：删除fd上的注册时间爱你
event指定事件类型，它是epoll_event结构指针类型
struct epoll_event
{
__uint32_t events; /* epoll事件 */
epoll_data_t data; /* 用户数据 */
};
其中events描述事件类型，epoll支持的事件类型和poll基本相同，表示epoll事件类型的宏是在poll对应的宏加上”E”，比如epoll的数据可读事件是EPOLLIN，但epoll有两个额外的事件类型-EPOLLET和EPOLLONESHOT，它们对于高效运作非常关键，data用于存储用户数据，其类型epoll_data_t定义如下：
typedef union epoll_data
{
void *ptr;
int fd;
uint32_t u32;
uint64_t u64;
}epoll_data_t;
epoll_data_t是一个联合体，其4个成员最多使用的是fd，它指定事件所从属的目标文件描述符，ptr成员可用来指定fd相关的用户数据，但由于opoll_data_t是一个联合体，我们不能同时使用fd和ptr，如果要将文件描述符嗯哼用户数据关联起来，以实现快速的数据访问，则只能使用其他手段，比如放弃使用fd成员，而在ptr指针指向的用户数据中包含fd
#include <sys/epoll.h> int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout); 返回：成功返回就绪的文件描述符个数，出错-1
timeout参数的含义与poll接口的timeout参数相同，maxevents参数指定最多监听多少个事件，它必须大于0。
epoll_wait如果检测到事件，就将所有就绪的事件从内核事件表(由epfd指定)中复制到events指定的数组中，这个数组只用来输epoll_wait检测到的就绪事件，而不像select和poll的参数数组既传递用于用户注册的事件，有用于输出内核检测到就绪事件，这样极大提高了应用程序索引就绪文件描述符的效率。
/**
* epoll测试用例
* 当文件命名是io_epoll.c时，编译选项gcc io_epoll.c有错误，提示unknow type name epoll_event
* 当把文件命名io_epoll.cpp时，编译选项gcc io_epoll.cpp或者g++ io_epoll.c就可以
*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#define err_sys(msg) do { perror(msg); exit(-1); } while(0)
#define err_exit(msg) do { fprintf(stderr, msg); exit(-1); } while(0)
#define err_info(msg) do { fprintf(stderr, msg); } while(0)
#define MAXEVENTS 5
void addfd(int epollfd, int fd)
{
epoll_event event;
event.data.fd = fd;
event.events = EPOLLIN;
epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &event);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
if(argc != 2)
err_exit("Usage: ./a.out port\n");
int port = atoi(argv[1]);
int listenfd, connfd;
struct sockaddr_in servaddr;
bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_port = htons(port);
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
if((listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
err_sys("socket");
if(bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)
err_sys("bind");
if(listen(listenfd, 5) < 0)
err_sys("listen");
epoll_event events[MAXEVENTS];
int epollfd;
if((epollfd = epoll_create(5)) < 0)
err_sys("epoll_create");
if((connfd = accept(listenfd, NULL, NULL)) < 0)
err_sys("accept");
addfd(epollfd, connfd);
addfd(epollfd, STDIN_FILENO);
int runing = 1;
while(runing)
{
int i, cnt = epoll_wait(epollfd, events, MAXEVENTS, -1);
char buf[1024];
for(i = 0; i < cnt; i++)
{
int sockfd = events[i].data.fd;
if(sockfd == STDIN_FILENO)
{
scanf("%s", buf);
if(send(connfd, buf, strlen(buf), 0) < 0)
{
err_info("send error\n");
}
}
else if(sockfd == connfd)
{
int ret;
bzero(buf, sizeof(buf));
if((ret = recv(sockfd, buf, sizeof(buf) - 1, 0)) <= 0)
{
if(ret < 0)
err_info("recv error\n");
else
{
printf("The client host is termenal. I will go out! Bye!\n");
runing = 0;
}
}
else if(!strcmp(buf, "exit"))
{
printf("I had got the 'exit', I will go out! Bye\n");
runing = 0;
}
else
{
printf("recv: %s\n", buf);
}
}
}
}
close(connfd);
close(listenfd);
return 0;
}
1、《linux高性能服务器编程》第9章 IO复用
原文地址：http://blog.csdn.net/u012796139/article/details/46648535
