1. 理论背景
它们都是IO复用的系统调用。
-
对于select的使用，用户需要传入三个用于监听可读、可写、异常的，基于数组实现的文件描述符集合。在事件发生之后，会返回就绪文件描述符的总数。那么用户需要分别遍历这三个数组来判断哪些文件描述符哪种事件就绪，进行业务处理。在下次监听时，需要重置这三个数组才能重新监听，因为这三个需要监听的数组已经被内核修改过了。
那么，从这里看出，在标记跟取出就绪的文件描述符时，都需要遍历整个文件描述符集合。而且这些集合需要从用户态拷贝到内核态，然后又从内核态拷贝回用户态，效率比较低。而且，对于select来说，有一个FD_SIZE限定了最大的文件描述符集合数量，在Linux里面是1024。当然，这个文件描述符的上限可以被修改，但是一般没有这个必要，因为太多的文件描述符遍历起来过于麻烦。
-
对于poll来说，在使用的时候就会方便一点。首先poll传入的只有一个文件描述符集合，然后这个集合里面并不是使用位图的方式来标记信息的，而是一个元素是一个
pollfd类型的结构体。这个结构体里面其实有具体的文件描述符（一个），感兴趣的事件events、实际发生的事件revents。然后在事件实际发生的时候，只会修改revents，所以下次监听事件的时候不需要重置这个文件描述符集合。但是用户取出发生事件就绪的文件描述符、内核标记事件就绪的文件描述符还是需要用遍历的方式来进行，效率比较低。内核、用户态之间的拷贝也继续发生。和select最大的区别是底层使用链表来维护感兴趣的文件描述符，使得维护的数量会比较多，一般为65535。 -
对于epoll, 在使用的时候需要用
epoll_create来创建一个事件表，然后通过这个事件表使用epoll_ctl来直接管理用户感兴趣的事件。最后返回epoll_event类型的数组。这个事件表是使用红黑树这个数据结构进行管理的，因此，有了这个红黑树，就可以不用像select或者poll一样，把一个数组从用户态拷贝到内核态，而是使用epoll_ctl进行管理就行了。在每次调用
epoll_wait的时候，不需要重复传入用户监听的文件描述符，省去了大量的文件描述符的复制开销。其次，对于epoll来说，它在文件描述符使用epoll_ctl加入事件表的时候，就设置了改文件描述符在发生就绪事件时的回调函数。在回调函数里面，就绪的文件描述符被放到就绪事件队列中。内核在合适的时机再把这个就绪队列拷贝到用户空间。所以，在用户使用的时候，可以直接拿到就绪的文件描述符和对应发生的事件，而不需要轮询，因此效率比较高。
太长不看版本总结：
- epoll不需要每次把一大段标记用户感兴趣的符文描述符传到内核中，减少了拷贝动作带来性能的下降。
- epoll返回的数组全部都是就绪的，直接处理就行。select、poll拿到的数组里面夹杂一些没就绪的，浪费时间！
二、3种模型的使用框架
1. select的使用
#include <stdio.h>
#include <sys/time.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/select.h>
int main() {
//创建socket
int lfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
struct sockaddr_in saddr;
saddr.sin_port = htons(9999);
saddr.sin_family = AF_INET;
saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
//绑定
bind(lfd, (struct sockaddr*)&saddr, sizeof(saddr));
//监听
listen(lfd, 8);
//创建一个fd_set的集合，存放的是需要检测的文件描述符
fd_set rdset, tmp;
//清空标志位
FD_ZERO(&rdset);
//添加需要检测的文件描述符
FD_SET(lfd, &rdset);
int maxfd = lfd;
while (1) {
tmp = rdset;
int ret = select(maxfd + 1, &tmp, NULL, NULL, NULL);
if (ret == -1) {
perror("select");
exit(-1);
} else if (ret == 0) {
continue;;
} else if (ret > 0) {
if (FD_ISSET(lfd, &tmp)) {
// 表示有新的客户端连接进来了
struct sockaddr_in clientaddr;
int len = sizeof(clientaddr);
int cfd = accept(lfd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &len);
//将新的文件描述符添加进集合中
FD_SET(cfd, &rdset);
//更新最大文件描述符
maxfd = maxfd > cfd ? maxfd : cfd;
}
for (int i = lfd + 1; i <= maxfd; ++i) {
if (FD_ISSET(i, &tmp)) {
// 说明客户端发来了数据
char buf[1024] = {0};
int size = read(i, buf, sizeof(buf));
if (size == -1) {
perror("read");
exit(-1);
} else if (size == 0) {
printf("client close...\n");
close(i);
FD_CLR(i, &rdset);
} else if (size > 0) {
printf("recv data: %s\n", buf);
write(i, buf, strlen(buf) + 1);
}
}
}
}
}
close(lfd);
return 0;
}
2. poll的使用
#include <stdio.h>
#include <sys/time.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <poll.h>
int main() {
//创建socket
int lfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
struct sockaddr_in saddr;
saddr.sin_port = htons(9999);
saddr.sin_family = AF_INET;
saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
//绑定
bind(lfd, (struct sockaddr*)&saddr, sizeof(saddr));
//监听
listen(lfd, 8);
//初始化检测的文件描述符数组
struct pollfd fds[1024];
for (int i = 0; i < 1024; ++i) {
fds[i].fd = -1;
fds[i].events = POLLIN;
}
fds[0].fd = lfd;
int nfds = 0;
while (1) {
//调用poll系统函数
int ret = poll(fds, nfds + 1, -1);// -1表示阻塞
if (ret == -1) {
perror("poll");
exit(-1);
} else if (ret == 0) {
continue;;
} else if (ret > 0) {
if (fds[0].revents & POLLIN) {
// 表示有新的客户端连接进来了
struct sockaddr_in clientaddr;
int len = sizeof(clientaddr);
int cfd = accept(lfd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &len);
//将新的文件描述符添加进集合中
for (int i = 1; i < 1024; ++i) {
if (fds[i].fd == -1) {
fds[i].fd = cfd;
fds[i].events = POLLIN;
break;
}
}
//更新最大文件描述符
nfds = nfds > cfd ? nfds : cfd;
}
for (int i = 1; i <= nfds; ++i) {
if (fds[i].revents & POLLIN) {
// 说明客户端发来了数据
char buf[1024] = {0};
int size = read(fds[i].fd, buf, sizeof(buf));
if (size == -1) {
perror("read");
exit(-1);
} else if (size == 0) {
printf("client close...\n");
close(fds[i].fd);
fds[i].fd = -1;
} else if (size > 0) {
printf("recv data: %s\n", buf);
write(fds[i].fd, buf, strlen(buf) + 1);
}
}
}
}
}
close(lfd);
return 0;
}
3.epoll的使用
在epoll中有ET和LT两种不同的模式。
ET模式下，发生了就绪事件，数据需要一次性读完，否则下次不通知你了。而LT模式下，不处理就绪事件，下次依然通知你。
下面是两种模式的不同实现。
3. 1 ET模式
#include <stdio.h>
#include <sys/time.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
int main() {
//创建socket
int lfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
struct sockaddr_in saddr;
saddr.sin_port = htons(9999);
saddr.sin_family = AF_INET;
saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
//绑定
bind(lfd, (struct sockaddr*)&saddr, sizeof(saddr));
//监听
listen(lfd, 8);
//创建epoll instance
int epfd = epoll_create(222);
//将监听的文件描述符加入到epoll实例中
struct epoll_event epev;
epev.events = EPOLLIN;
epev.data.fd = lfd;
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, lfd, &epev);
//
struct epoll_event epevs[1024];
while (1) {
int ret = epoll_wait(epfd, epevs, 1024, -1);
if (ret == -1) {
perror("epoll");
exit(-1);
}
printf("ret=%d\n", ret);
for (int i = 0; i < ret; ++i) {
int curfd = epevs[i].data.fd;
if (curfd == lfd) {
//监听的文件描述符有客户端连接
// 表示有新的客户端连接进来了
struct sockaddr_in clientaddr;
int len = sizeof(clientaddr);
int cfd = accept(lfd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &len);
//设置FD属性非阻塞
int flag = fcntl(cfd, F_GETFL);
flag |= O_NONBLOCK;
fcntl(cfd, F_SETFL, flag);
epev.events = EPOLLIN | EPOLLET; //设置边沿触发
> 这里是引用
epev.data.fd = cfd;
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, cfd, &epev);
} else {
if (epevs[i].events & EPOLLOUT) {
continue;
}
//循环读取所有的数据
char buf[5];
int len = 0;
while ( (len = read(curfd, buf, sizeof(buf))) > 0) {
//打印数据
//printf("client data = %s\n", buf);
write(STDOUT_FILENO, buf, len);
write(curfd, buf, len);
}
if (len == 0) {
printf("client close...");
} else if (len == -1) {
if (errno == EAGAIN) {
printf("data over...\n");
} else {
perror("read");
exit(-1);
}
}
}
}
}
close(lfd);
close(epfd);
return 0;
}
3. 2 LT模式
#include <stdio.h>
#include <sys/time.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/epoll.h>
int main() {
//创建socket
int lfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
struct sockaddr_in saddr;
saddr.sin_port = htons(9999);
saddr.sin_family = AF_INET;
saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
//绑定
bind(lfd, (struct sockaddr*)&saddr, sizeof(saddr));
//监听
listen(lfd, 8);
//创建epoll instance
int epfd = epoll_create(222);
//将监听的文件描述符加入到epoll实例中
struct epoll_event epev;
epev.events = EPOLLIN;
epev.data.fd = lfd;
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, lfd, &epev);
//
struct epoll_event epevs[1024];
while (1) {
int ret = epoll_wait(epfd, epevs, 1024, -1);
if (ret == -1) {
perror("epoll");
exit(-1);
}
printf("ret=%d\n", ret);
printf("ret=%d\n", ret);
for (int i = 0; i < ret; ++i) {
int curfd = epevs[i].data.fd;
if (curfd == lfd) {
//监听的文件描述符有客户端连接
// 表示有新的客户端连接进来了
struct sockaddr_in clientaddr;
int len = sizeof(clientaddr);
int cfd = accept(lfd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &len);
epev.events = EPOLLIN;
epev.data.fd = cfd;
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, cfd, &epev);
} else {
// 有数据到达 读数据
char buf[5] = {0};
int size = read(curfd, buf, sizeof(buf));
if (size == -1) {
perror("read");
exit(-1);
} else if (size == 0) {
printf("client close...\n");
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, curfd, NULL);
close(curfd);
} else if (size > 0) {
printf("recv data: %s\n", buf);
write(curfd, buf, strlen(buf) + 1);
}
}
}
}
close(lfd);
close(epfd);
return 0;
}
4. 可以和以上多种I/O复用通信的客户端实现
#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
// 1.创建套接字
int fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (fd == - 1) {
perror("socket");
exit(-1);
}
//2. 连接服务器端
struct sockaddr_in severaddr;
severaddr.sin_family = AF_INET;
severaddr.sin_port = htons(9999);
// 注意改为自己的IP
inet_pton(AF_INET, "192.168.133.138", &severaddr.sin_addr.s_addr);
int ret = connect(fd, (struct sockaddr*)&severaddr, sizeof(severaddr));
if (ret == - 1) {
perror("connect");
exit(-1);
}
// 与服务器端进行通信
// 读取数据
int i = 0;
while (1) {
char revBuf[1024] = {0};
fgets(revBuf, sizeof(revBuf), stdin);
// sprintf(revBuf, "data: %d\n", i++);
write(fd, revBuf, strlen(revBuf) + 1);
int len = read(fd, revBuf, sizeof(revBuf));
if (len == - 1) {
perror("read");
exit(0);
} else if (len > 0) {
printf("read buf = %s\n", revBuf);
} else if (len == 0) {
// 表示客户端断开连接
printf("server close\n");
break;
}
}
//关闭连接
close(fd);
return 0;
}
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