IO模型介绍二.多路转接I/O1.select1.1.函数解析1.2.

select特点和缺点1.3.基于

2.poll2.1.poll函数解析2.2.poll特点和缺点2.3.基于poll的tcp服务器

3.epoll3.1.系列函数解析3.2.epoll原理解析2.3.基于

select

是否完成进程需要通过轮询方式不断检查状态所以也常称为非阻塞轮询IO这种方式可以减少等待时间但是在高频率轮询时很消耗cpu资源。

I/O

多路复用I/O

等系统调用使一个进程/线程能够同时监视多个文件描述符。

该模型在处理多个并发连接时效率较高适合网络服务器等应用场景。

信号驱动

I/O在信号驱动

请求后可以继续执行其他任务操作的完成通过信号通知。

这种方式可以减少轮询但是处理起来较为复杂。

异步

I/O异步

请求后立即返回并在操作完成时通过回调函数或其他机制获得通知。

异步

I/O

1。

readfds指向一组需要监视“可读”事件的文件描述符集合。

writefds指向一组需要监视“可写”事件的文件描述符集合。

exceptfds指向一组需要监视异常事件的文件描述符集合。

timeouttimeout

struct

结构体包含等待的秒数和微秒数如果在超时时间内有文件描述符变为可用状态select

-1并设置

}初始化fd_set集合将需要监控的fd添加进去接着调用select函数maxfd是需要监控的fd集合中最大值再加1select可以同时监控读事件、写事件、异常事件。

timeout设置为nullptr标识阻塞等待直到事件有就绪的或者出错。

1.2.

允许一个进程同时监控多个文件描述符等待其中一个或多个变为可读、可写或异常状态。

可以处理不同类型的文件描述符:能够监控常规文件、套接字、管道等多种类型的文件描述符。

跨平台支持:在许多

Unix-like

都需要遍历所有文件描述符增加了开销。

文件描述符数量限制:select

1024取决于类型fd_set的大小超过这个限制就不能监控更多的描述符。

每次调用都需要重置:每次调用

select

都需要重新设置文件描述符集合这在处理多个连接时会带来额外的开销。

无优先级支持:select

不能为不同的文件描述符设置优先级所有的描述符在监控时是平等的。

不适合高并发场景:在高并发情况下如数千个连接select

poll、epoll

构造函数初始化端口和文件描述符数组SelectServer(uint16_t

port

析构函数关闭监听套接字~SelectServer(){_listensock.Close();

关闭套接字}private:Sock

传入一个结构体数组用于保存需要监控的文件描述符以及感兴趣的事件。

nfds:

fds

指定超时时间单位为毫秒。

返回值小于0表示出错等于表示超时大于0表示事件就绪。

pollfd

值描述可读事件POLLINPOLLIN数据可读通常指套接字上有数据可读可写事件POLLOUTPOLLOUT数据可写通常指套接字可以发送数据错误事件POLLERRPOLLERR发生错误需要处理挂起事件POLLHUPPOLLHUP连接已关闭或挂起非法请求POLLNVALPOLLNVAL监控的文件描述符无效超时--当设置的超时时间到达但没有事件发生

2.2.poll特点和缺点

不受文件描述符数量的限制因此可以处理更多的连接。

简单性poll

线性扫描在事件发生时poll

会线性扫描所有文件描述符效率较低。

对于大量文件描述符响应时间可能变长。

性能问题每次调用

poll

构造函数初始化监听端口号并设置poll事件数组PollServer(uint16_t

port

初始化所有的文件描述符和事件{_event_fds[i].fd

defaultfd;

将所有文件描述符设置为默认值_event_fds[i].events

_no

创建监听socket_listensock.Bind(_port);

开始监听return

如果当前文件描述符已经被占用继续寻找continue;elsebreak;

找到空闲位置退出循环}if

将新socket添加到poll事件数组中监听读事件_event_fds[pos].fd

POLLIN;

如果是监听socket上的事件处理新的连接{Accepter();

处理新连接}else

将监听socket放入第一个位置_event_fds[0].events

POLLIN;

析构函数关闭监听socket~PollServer(){_listensock.Close();}private:Sock

_listensock;

事件的高效多路复用机制适用于需要处理大量并发连接的网络服务器相较于poll提供了更好的性能可以说是他的升级版。

3.1.系列函数解析

实例返回一个文件描述符指向的struct_file对象细节在原理讲解用于后续的

epoll_ctl

EPOLL_CTL_ADD添加文件描述符。

EPOLL_CTL_MOD修改文件描述符。

EPOLL_CTL_DEL删除文件描述符。

epoll_event

类型uint32_t描述要监听的事件类型可以多个组合。

常用的事件类型包括

EPOLLET边缘触发模式Edge

文件描述符。

events保存就绪事件。

maxeventsevents

0不阻塞-1永久等待或正值指定超时时间。

返回值成功时返回就绪事件的数量失败返回

并设置

结构体实例用于管理注册的文件描述符及其事件。

返回一个文件描述符fd该

eventpoll

};主要使用过程解析连接基于tcp实现的epoll多客户端网络服务器后将需要监控的fd添加到红黑树rbr_tree等待网卡数据就绪发送中断信号将数据向上交付后在红黑树查找到对应的fd将此结点包含fd和对应事件插入就绪队列中wq_entry便于用户调用epoll_wait获取就绪节点。

epoll模型原理

_port(port),_listsocket_ptr(new

Sock()),

Init(){_listsocket_ptr-Socket();

创建套接字_listsocket_ptr-Bind(_port);

开始监听

_listsocket_ptr-Accept(clientip,

clientport);

中进行事件监听_epoller_ptr-EpllerUpdate(EPOLL_CTL_ADD,

sock,

0){_epoller_ptr-EpllerUpdate(EPOLL_CTL_DEL,

fd,

发生接收错误_epoller_ptr-EpllerUpdate(EPOLL_CTL_DEL,

fd,

处理普通套接字的可读事件Recver(fd);}}else{}}}//

启动服务器void

中进行事件监听_epoller_ptr-EpllerUpdate(EPOLL_CTL_ADD,

EPOLLIN);struct

析构函数关闭监听套接字~EpollServer(){_listsocket_ptr-Close();

_listsocket_ptr;

在处理大量文件描述符时性能更优尤其是在有很多文件描述符处于非活动状态时。

epoll

使用内核中的红黑树和链表来管理文件描述符能够快速地插入、删除和查找事件。

支持边缘触发和水平触发epoll

支持两种工作模式水平触发Level

LT默认模式只有当文件描述符处于可读或可写状态时epoll_wait

Triggered,

ET只有在状态改变时才会通知这意味着你需要在事件发生时一次性读取所有数据这种模式更加高效但需要开发者小心处理。

不限制文件描述符数量epoll

select

通过在内核中管理事件减少了用户空间和内核空间之间的切换从而提高了性能。

三.LT和ET

就会返回该文件描述符。

如果文件描述符有未读的数据epoll_wait

会多次通知即使在没有新数据到达的情况下只要状态满足条件它都会返回支持阻塞读写和非阻塞读写。

边缘触发ET

只在状态变化时通知事件。

例如文件描述符从不可读变为可读时才会触发。

一旦事件被触发开发者需要尽可能地读取所有可用数据直到

EAGAIN

错误出现只支持非阻塞的读写。

每次通知都必须把本轮的数据全取走必须非阻塞读。

适用场景

简单的应用场景或者对性能要求不高的情况。

需要处理大量连接但不要求高并发性能的应用。

适用场景