IO端口复用的几种方式

IO端口复用简介I/O多路复用（multiplexing）：本质是通过一种机制（系统内核缓冲I/O数据），让单个进程可以监视多个文件描述符，一旦某个描述符就绪（一般是读就绪或写就绪），能够通知程序进行相应的读写操作。

适用场景：高并发的服务器端。

应对并发，常见的思维是创建多线程，每个线程管理一个并发操作，但是弊端很明显，就是多线程需要上下文切换，这个切换的消耗太大，当连接的客户端很多的时候弊端就很突出了。

所示使用单线程的多路复用。

几种方式1.s electLinux提供的select相关函数接口如下：#include <sys/select.h>#include <sys/time.h>int select(int max_fd, fd_set *readset, fd_set *wri teset, fd_set *exceptset, struct timeval *timeout) FD_ZERO(int fd, fd_set* fds) /* 清空集合 */FD_SET(int fd, fd_set* fds) /* 将给定的描述符加入集合 */FD_ISSET(int fd, fd_set* fds) /* 将给定的描述符从文件中删除 */FD_CLR(int fd, fd_set* fds) /* 判断指定描述符是否在集合中 */接口解释：1：select函数的返回值就绪描述符的数目，超时时返回0，出错返回-1。

2：第一个参数max_fd指待测试的fd个数，它的值是待测试的最大文件描述符加1，文件描述符从0开始到max_fd-1都将被测试。

3：中间三个参数readset、writeset和exceptset指定要让内核测试读、写和异常条件的fd集合，如果不需要测试的可以设置为NULL。

代码演示：sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);memset(&addr,0,sizeof(addr));addr.sin_family=AF_INET;addr.sin_port=htons(2000);addr.sin_addr.s_addr=IN ADDR_ANY;bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr)); listen(sockfd,5);fd_set rset;int max = 0;int fds[5];for(int i=0;i<5;i++){memset(&client,O,sizeof(client);addrlen=sizeof(client);fds[i]=accept(sockfd,(struct sockaddr*)&client,&addrlen);if(fds[i]>max)max=fds[i];}while(1){FD_ZERO(&rset);for(int i=0;i<5;i++){FD_SET(fds[i],&rset);}puts("round again");select(max+1,&rset,NULL,NULL,NULL);for(int i=0;i<5;i++){if(FD_ISSET(fds[i],&rset)){memset(buffer,0,MAXBUF);read(fds[i],buffer,MAXBUF);puts(buffer);}}}这是一段使用select的端口复用的简单代码。

代码定义一个监听5个客户端的select模型。

从代码中可以看出几个问题：1：FD_ZERO(&rset);for(int i=0;i<5;i++){FD_SET(fds[i],&rset);}每次while循环都要需要重复调用FD_ZERO进行清除，并在FD_SET加入句柄。

2：for(int i=0;i<5;i++){if(FD_ISSET(fds[i],&rset)){memset(buffer,0,MAXBUF);read(fds[i],buffer,MAXBUF);puts(buffer);}}每次读取数据都需要遍历所有句柄，所以就有O(n)的消耗。

3：select模型设计时有最大的上线值1024,可在源码中查看到。

想要更高的并发的话就需要采用多线程了。

4：执行select函数时，存在着用户态和内核态的切换，需要把句柄从内核态切换到用户态。

数量少的时候感知不强烈，高并发的时候能有明显的感觉。

以上4点也就是select模型的缺点，总结如下：1：有上限要求（1024），更多的话就需要多线程了；2：FDSET不能重用，每次都需要FDZERO；3：获取句柄需要从用户态拷贝成内核态，开销大；4：获取消息的形式是遍历。

需要循环获取。

时间复杂度O(n)。

相交于传统的套接字select也存在其优点：1：效率高。

2：跨平台性好，几乎支持所有平台。

2.pollpoll的机制与select类似，与select在本质上没有多大差别，管理多个描述符也是进行轮询，根据描述符的状态进行处理，但是poll没有最大文件描述符数量的限制。

#include <poll.h>int poll(struct pollfd fds[], nfds_t nfds, int timeout);typedef struct pollfd {int fd; /* 需要被检测或选择的文件描述符 */short events; /* 对文件描述符fd 上感兴趣的事件 */short revents; /* 文件描述符fd 上当前实际发生的事件 */} pollfd_t;接口解释：1：poll()函数返回fds集合中就绪的读、写，或出错的描述符数量，返回0表示超时，返回-1表示出错；2：fds是一个struct pollfd类型的数组，用于存放需要检测其状态的socket描述符，并且调用poll函数之后fds数组不会被清空；3：nfds记录数组fds中描述符的总数量；4：timeout是调用poll函数阻塞的超时时间，单位毫秒；5：一个pollfd结构体表示一个被监视的文件描述符，通过传递fds[]指示 poll() 监视多个文件描述符。

其中，结构体的events域是监视该文件描述符的事件掩码，由用户来设置这个域，结构体的revents域是文件描述符的操作结果事件掩码，内核在调用返回时设置这个域。

events域中请求的任何事件都可能在revent s域中返回。

合法的事件如下：POLLIN 有数据可读POLLRDNORM 有普通数据可读POLLRDBAND 有优先数据可读POLLPRI 有紧迫数据可读POLLOUT 写数据不会导致阻塞POLLWRNORM 写普通数据不会导致阻塞POLLWRBAND 写优先数据不会导致阻塞POLLMSGSIGPOLL 消息可用当需要监听多个事件时，使用POLLIN | POLLRDNORM设置 events 域；当poll 调用之后检测某事件是否发生时，fds[i].revents & POLLIN进行判断。

代码演示：pollfd pollds[5];for(int i=0;i<5;i++){memset(&client,0,sizeof(client));addrlen=sizeof(client);pollfds[i].fd=accept(sockfd,(structsockaddr*)&client,&addrlen);pollfds[i].events=POLLIN;}sleep(1);while(1){puts("round again");poll(pollfds,5,50000);for(int i=0;i<5;i++){if(pollfds[i].revents&POLLIND){pollfds[i].revents=0;memset(buffer,0,MAX BUF);read(pollfds[i].fd,buffer,MAXBUF);puts(buffer);}}}通过代码可看到，poll模型相较于 select的改进在于使用了自定义的结构pollfd 来存储数据，对比select模型可以观察到几个不同的变化点：1：不再存在上限1024的限定。

2：pollfd直接存储句柄和事件，所以无需再次重复重置句柄poll的优势主要是解决了select模型的前两项缺点1：无上线限制2：无需频繁的遍历重置读取句柄。

3.epollepoll在Linux2.6内核正式提出，是基于事件驱动的I/O方式Linux中提供的epoll相关函数接口如下：#include <sys/epoll.h>int epoll_create(int size);int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);epoll_create函数创建一个epoll句柄，参数size表明内核要监听的描述符数量（参数可忽略，无意义）。

调用成功时返回一个epoll句柄描述符，失败时返回-1。

epoll_ctl函数注册要监听的事件类型。

四个参数解释如下：epfd表示epoll句柄；op表示fd操作类型：EPOLL_CTL_ADD（注册新的fd到epfd中），EPOLL_CTL_MOD（修改已注册的fd的监听事件），EPOLL_CTL_DEL（从epfd 中删除一个fd）fd是要监听的描述符；event表示要监听的事件epoll_event结构体定义如下：struct epoll_event {__uint32_t events; /* Epoll events */epoll_data_t data; /* User data variable */ };typedef union epoll_data {void *ptr;int fd;__uint32_t u32;__uint64_t u64;} epoll_data_t;epoll_wait函数等待事件的就绪，成功时返回就绪的事件数目（有1个就直接返回1，有5个就返回5，自身会进行置位，把有消息的排序到前面），调用失败时返回 -1，等待超时返回 0。