select、poll、epoll使用小结

来源：互联网发布：全途打单软件怎么样编辑：程序博客网时间：2024/06/11 18:41

select、poll、epoll使用小结

Linux上可以使用不同的I/O模型，我们可以通过下图了解常用的I/O模型：同步和异步模型，以及阻塞和非阻塞模型，本文主要分析其中的异步阻塞模型。

一、select使用

这个模型中配置的是非阻塞I/O,然后使用阻塞select系统调用来确定一个I/O描述符何时有操作。使用select调用可以为多个描述符提供通知，对于每个提示符，我们可以请求描述符的可写，可读以及是否发生错误。异步阻塞I/O的系统流程如下图所示：

使用select常用的几个函数如下：

[cpp] view plaincopy
FD_ZERO(int fd, fd_set* fds)   
FD_SET(int fd, fd_set* fds)   
FD_ISSET(int fd, fd_set* fds)   
FD_CLR(int fd, fd_set* fds)   
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout)   

fd_set类型可以简单的理解为按bit位标记句柄的队列。具体的置位、验证可以使用FD_SET,FD_ISSET等宏实现。在select函数中，readfds、writefds和exceptfds同时作为输入参数和输出参数，如果readfds标记了一个位置，则，select将检测到该标记位可读。timeout为设置的超时时间。

下面我们来看如何使用select：

[cpp] view plaincopy
SOCKADDR_IN addrSrv;  
int reuse = 1;  
SOCKET sockSrv,connsock;  
SOCKADDR_IN addrClient;  
pool pool;  
int len=sizeof(SOCKADDR);  
/*创建TCP*/  
sockSrv=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);  
/*地址、端口的绑定*/  
  
addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr=htonl(INADDR_ANY);  
addrSrv.sin_family=AF_INET;  
addrSrv.sin_port=htons(port);  
  
if(bind(sockSrv,(SOCKADDR*)&addrSrv,sizeof(SOCKADDR))<0)  
{  
    fprintf(stderr,"Failed to bind");  
    return ;  
}  
  
if(listen(sockSrv,5)<0)  
{  
    fprintf(stderr,"Failed to listen socket");  
    return ;  
}  
setsockopt(sockSrv,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,(const char*)&reuse,sizeof(reuse));  
init_pool(sockSrv,&pool);  
while(1)  
{  
    /*通过selete设置为异步模式*/  
    pool.ready_set=pool.read_set;  
    pool.nready=select(pool.maxfd+1,&pool.ready_set,NULL,NULL,NULL);  
    if(FD_ISSET(sockSrv,&pool.ready_set))  
    {  
        connsock=accept(sockSrv,(SOCKADDR *)&addrClient,&len);  
        //loadDeal()/*连接处理*/  
        //printf("test\n");  
        add_client(connsock,&pool);//添加到连接池  
    }  
    /*检查是否有事件发生*/  
    check_client(&pool);  
}  

上面是一个服务器代码的关键部分，设置为异步的模式，然后接受到连接将其添加到连接池中。监听描述符上使用select，接受客户端的连接请求，在check_client函数中，遍历连接池中的描述符，检查是否有事件发生。

二、poll使用

poll函数类似于select，但是其调用形式不同。poll不是为每个条件构造一个描述符集，而是构造一个pollfd结构体数组，每个数组元素指定一个描述符标号及其所关心的条件。定义如下：

[cpp] view plaincopy
#include <sys/poll.h>  
int poll (struct pollfd *fds, unsigned int nfds, int timeout);  
struct pollfd {  
int fd; /* file descriptor */  
short events; /* requested events to watch */  
short revents; /* returned events witnessed */  
};  

每个结构体的events域是由用户来设置，告诉内核我们关注的是什么，而revents域是返回时内核设置的，以说明对该描述符发生了什么事件。这点与select不同，select修改其参数以指示哪一个描述符准备好了。在《unix环境高级编程》中有一张events取值的表，如下：

POLLIN :可读除高优级外的数据，不阻塞

POLLRDNORM：可读普通数据，不阻塞

POLLRDBAND：可读O优先数据，不阻塞

POLLPRI：可读高优先数据，不阻塞

POLLOUT ：可写普数据，不阻塞

POLLWRNORM：与POLLOUT相同

POLLWRBAND：写非0优先数据，不阻塞

其次revents还有下面取值

POLLERR ：已出错

POLLHUP：已挂起，当以描述符被挂起后，就不能再写向该描述符，但是仍可以从该描述符读取到数据。

POLLNVAL：此描述符并不引用一打开文件

对poll函数，nfds表示fds中的元素数，timeout为超时设置，单位为毫秒若为0，表示不等待，为-1表示描述符中一个已经准备好或捕捉到一个信号返回，大于0表示描述符准备好，或超时返回。函数返回值返回值若为0，表示没有事件发生，-1表示错误，并设置errno，大于0表示有几个描述符有事件。

poll的使用和select基本类似。在此不再介绍。poll相对于是select的优势是监听的描述符数量没有限制。

三、epoll学习

epoll是linux内核为处理大批量句柄而作了改进的poll，是linux下多路复用IO接口select/pool的增强版本，它能显著减少程序在大量并发连接中只有少量活跃的情况下的系统CPU利用率。epoll有两种模式,Edge Triggered(简称ET) 和 Level Triggered(简称LT).在采用这两种模式时要注意的是,如果采用ET模式,那么仅当状态发生变化时才会通知,而采用LT模式类似于原来的select/poll操作,只要还有没有处理的事件就会一直通知.

1）epoll数据结构介绍：

[cpp] view plaincopy
typedef union epoll_data  
{  
  void        *ptr;  
  int          fd;  
  __uint32_t   u32;  
  __uint64_t   u64;  
} epoll_data_t;  
  
struct epoll_event  
{  
  __uint32_t   events; /* Epoll events */  
  epoll_data_t data;   /* User data variable */  
};  

常见的事件如下：

EPOLLIN：表示对描述符的可以读

EPOLLOUT：表示对描述符的可以写

EPOLLPRI：表示对描述符的有紧急数据可以读

EPOLLERR：发生错误

EPOLLHUP：挂起

EPOLLET：边缘触发

EPOLLONESHOT：一次性使用，当监听完这次事件之后，如果还需要继续监听这个socket的话，需要再次把这个socket加入到EPOLL队列里

2）函数介绍

epoll的三个函数

[cpp] view plaincopy
int epoll_creae(int size);  

功能：该函数生成一个epoll专用的文件描述符

参数：size为epoll上能关注的最大描述符数

[cpp] view plaincopy
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);  

功能：用于控制某个epoll文件描述符时间，可以注册、修改、删除

参数：epfd由epoll_create生成的epoll专用描述符

op操作：EPOLL_CTL_ADD 注册 EPOLL_CTL_MOD修改 EPOLL_DEL删除

fd：关联的文件描述符

evnet告诉内核要监听什么事件

[cpp] view plaincopy
int epoll_wait(int epfd,struct epoll_event*events,int maxevents,int timeout);  

功能：该函数等待i/o事件的发生。

参数：epfd要检测的句柄

events：用于回传待处理时间的数组

maxevents：告诉内核这个events有多大，不能超过之前的size

timeout：为超时时间

下面给出一个epoll编程的实例：

具体的实现步骤为：

(a) 使用epoll_create()函数创建文件描述，设定可管理的最大socket描述符数目。

(b) 创建与epoll关联的接收线程，应用程序可以创建多个接收线程来处理epoll上的读通知事件，线程的数量依赖于程序的具体需要。

(c) 创建一个侦听socket的描述符ListenSock，并将该描述符设定为非阻塞模式，调用Listen()函数在该套接字上侦听有无新的连接请求，在epoll_event结构中设置要处理的事件类型EPOLLIN，工作方式为 epoll_ET，以提高工作效率，同时使用epoll_ctl()来注册事件，最后启动网络监视线程。

(d) 网络监视线程启动循环，epoll_wait()等待epoll事件发生。

(e) 如果epoll事件表明有新的连接请求，则调用accept()函数，将用户socket描述符添加到epoll_data联合体，同时设定该描述符为非阻塞，并在epoll_event结构中设置要处理的事件类型为读和写，工作方式为epoll_ET。

(f) 如果epoll事件表明socket描述符上有数据可读，则将该socket描述符加入可读队列，通知接收线程读入数据，并将接收到的数据放入到接收数据的链表中，经逻辑处理后，将反馈的数据包放入到发送数据链表中，等待由发送线程发送。

程序代码为：

#include <iostream>#include <sys/socket.h> #include <sys/epoll.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> #include <fcntl.h> #include <unistd.h> #include <stdio.h> #define MAXLINE 10 #define OPEN_MAX 100 #define LISTENQ 20 #define SERV_PORT 5555 #define INFTIM 1000 void setnonblocking(int sock) {   int opts;   opts=fcntl(sock,F_GETFL);   if(opts<0)   {     perror("fcntl(sock,GETFL)");     exit(1);   }   opts = opts | O_NONBLOCK; //设置套接口为非阻塞  if(fcntl(sock,F_SETFL,opts)<0)   {     perror("fcntl(sock,SETFL,opts)");     exit(1);   } } int main() {   int i, maxi, listenfd, connfd, sockfd, epfd, nfds;   ssize_t n;   char line[MAXLINE];   socklen_t clilen;   struct epoll_event ev,events[20]; //声明epoll_event结构体的变量, ev用于注册事件, events数组用于回传要处理的事件   epfd=epoll_create(256); //生成用于处理accept的epoll专用的文件描述符, 指定生成描述符的最大范围为256   struct sockaddr_in clientaddr;   struct sockaddr_in serveraddr;   listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);   setnonblocking(listenfd); //把用于监听的socket设置为非阻塞方式   ev.data.fd=listenfd; //设置与要处理的事件相关的文件描述符   ev.events=EPOLLIN | EPOLLET; //设置要处理的事件类型   epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,listenfd,&ev); //注册epoll事件  bzero(&serveraddr, sizeof(serveraddr));   serveraddr.sin_family = AF_INET;   char *local_addr="200.200.200.204";   inet_aton(local_addr,&(serveraddr.sin_addr));  serveraddr.sin_port=htons(SERV_PORT);  //或者htons(SERV_PORT);   bind(listenfd,(sockaddr *)&serveraddr, sizeof(serveraddr));   listen(listenfd, LISTENQ);   maxi = 0;   for( ; ; ) {     nfds=epoll_wait(epfd,events,20,500); //等待epoll事件的发生     for(i=0;i<nfds;++i) //处理所发生的所有事件       {        if(events[i].data.fd==listenfd)    /**监听事件**/        {            connfd = accept(listenfd,(sockaddr *)&clientaddr, &clilen);            if(connfd<0){              perror("connfd<0");              exit(1);            }          setnonblocking(connfd); //把客户端的socket设置为非阻塞方式         char *str = inet_ntoa(clientaddr.sin_addr);          std::cout<<"connect from "<<str<<std::endl;          ev.data.fd=connfd; //设置用于读操作的文件描述符          ev.events=EPOLLIN | EPOLLET; //设置用于注测的读操作事件          epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,connfd,&ev); //注册ev事件        }       else if(events[i].events&EPOLLIN)     /**读事件**/        {            if ( (sockfd = events[i].data.fd) < 0) continue;            if ( (n = read(sockfd, line, MAXLINE)) < 0) {               if (errno == ECONNRESET) {                 close(sockfd);                 events[i].data.fd = -1;                 } else                  {                     std::cout<<"readline error"<<std::endl;                   }             } else if (n == 0) {                close(sockfd);                 events[i].data.fd = -1;               }           ev.data.fd=sockfd; //设置用于写操作的文件描述符           ev.events=EPOLLOUT | EPOLLET; //设置用于注测的写操作事件           epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev); //修改sockfd上要处理的事件为EPOLLOUT        }       else if(events[i].events&EPOLLOUT)    /**写事件**/        {           sockfd = events[i].data.fd;           write(sockfd, line, n);           ev.data.fd=sockfd; //设置用于读操作的文件描述符           ev.events=EPOLLIN | EPOLLET; //设置用于注册的读操作事件           epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev); //修改sockfd上要处理的事件为EPOLIN         }      }   } }