Linux的多路复用

多路复用,是一种机制,通过该机制可以监视多个描述符,内核一旦发现进程指定的一个或多个IO条件准备读取,就会通知该进程,就会准备好相应的I/O操作。

相比较于多进程和多线程,多路复用的优势在于系统开销小,因为系统不必创建进程或线程,因而也不必维护这些进程或线程,从而大大减少了系统的开销。

它适用的场合有:

(1)当用户处理多个描述字时,必须使用I/O复用;

(2)当一个客户同时处理多个套接口的时候,好在这种情况出现的可能性比较小。

select()函数:

头文件:#include <sys/time.h>

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

原型:int select(int n,fd_set * readfds,fd_set * writefds,fd_set * exceptfds,struct timeval * timeout)

功能:I/O多工机制

描述:用于等待文件描述符状态的改变,n代表最大的文件描述符加1,1;参数readfds,writefds和exceptfds称为描述符组,是用来回传该描述符的读写或例外的状况。

以下是宏提供处理这种描述符组的方式:

    FD_CLR(int fd,fd_set *set):用来清除描述符组set中相关fd的位

    FD_ISSET(int fd,fd_set *set):用来测试描述符组set中相关fd的位是否为真

    FD_SET(int fd,fd_sets *set):用来设置描述符组set的全部位

    FD_ZERO(fd_set *set):用来清除描述符组set的全部位

参数timeout为结构timeval,用来设置select()的等待时间,其结构定义如下:

struct timeval

{

  time_t tv_sec;

  time_t tv_usec;

 };

如果参数timeout设为NULL则表示select()没有timeout.

返回值:执行成功,则返回文件描述符状态已经改变的个数,如果返回0代表着在描述符状态改变之前已经超过timeout的时间,当有错误发生的时候则返回-1,并将错误的原因保存在errno中,而此时参数readfds,writefds,exceptfds和timeout的值就变得不可预测。

    

### Linux I/O 多路复用技术及其实现 #### 一、I/O多路复用概述 在Linux环境下,I/O多路复用是一种允许单线程管理多个文件描述符的技术。通过这种机制可以有效地提高程序性能并简化并发操作的编程模型。 #### 二、主要方法 常见的几种I/O多路复用方式包括`select`, `poll` 和 `epoll`. 这些函数都提供了监控多个输入/输出事件的能力,并能在任意一个就绪时通知应用程序[^1]. 对于`select`而言,它能够监视一定数量的套接字或者文件描述符集合的状态变化;而`poll`则改进了前者的一些局限性,在处理大量连接方面表现更好一些。不过最先进且高效的还是`epoll`接口——专为高负载网络服务器设计而成,具有更好的扩展性和更低资源消耗特性[^2]. ```c #include <sys/epoll.h> #define MAX_EVENTS 10 int epoll_fd = epoll_create1(0); struct epoll_event ev, events[MAX_EVENTS]; ev.events = EPOLLIN; ev.data.fd = listenfd; // 假设listenfd是我们要监听的socket fd if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, listenfd, &ev) == -1){ perror("epoll set insertion error"); } // ...后续逻辑... ``` 上述代码展示了创建一个epoll实例并将某个特定的文件描述符加入到其关注列表中的过程。当有新的数据到达该文件描述符关联的对象上时(比如客户端发送消息给服务端),就会触发相应的回调动作来读取这些新到来的数据流。 #### 三、应用场景 在网络编程领域中,特别是构建高性能Web服务器或其他类型的后台守护进程时,合理运用好这三种工具之一往往能带来显著的效果提升。例如Nginx就是采用了基于epoll的工作模式从而实现了极高的吞吐量和服务稳定性[^3]. 另外值得注意的是,除了传统的TCP/IP协议栈外,随着现代操作系统的发展以及硬件加速功能的支持,现在也出现了更多新型态下的异步I/O框架如io_uring等,它们进一步增强了系统的响应速度与效率[^4].
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