什么是IO多路复用
前言
我们在Linux上服务端一般是要同时连接多个客户端进行通信，但是为每一个客户端连接创建一个进/线程，会消耗很多资源，一个1核2GB的虚拟机，大概只能创建100多个线程，但是我们经常使用网络知道,这样是远远不能满足我们日常的使用需求的，所以为了解决这一问题，就需要我们去使用IO多路复用。
IO多路复用
IO多路复用指的是我们可以使用一个进/线程去处理多个TCP链接，减少系统开销，而我们常见的IO多路复用主要用三种：
- select(1024)
- poll(几千)
- epoll(百万)
网络通讯中的读与写事件
读事件
- 已连接队列中有已经准备好的socket(有新的客户端连接上来)
- 接收缓存有数据可以读(对端发送的报文已经送达)
- tcp连接断开(对端使用close()函数断开了连接)
写事件
- 发送端缓冲区没有满，可以写入数据(向对端发送报文)
select模型
位图
- 什么是位图
select实现IO多路复用是基于位图来实现的，位图的本质是一个32位整型数组(int[32]),一个32位整型有4个字节，每个字节有8个位:
32 ∗ 8 ∗ 4 = 1024 32*8*4=102432∗8∗4=1024
每一个位可以监听一个socket这也是select模型课件监听1024个socket的原因所在。 - 位图的相关操作
在Linux内核中为我们提供相关的宏让我们操作位图：
void D_CLR(int fd,fd_set* set);//将socket从位图中删除 int FD_ISSET(int fd,fd_set *set);//判断socket是否在位图中 void FD_SET(int fd,fd_set* set);//将socket加入到位图中 void FD_ZERO(fd_set* set); //将位图全部初始化为0
select模型的细节
写事件
- 如果
tcp的发送缓冲区没有满，那么此时socket连接是可写的 - 一般来说发送缓冲区不容易填满，但是如果发送数据量过大或者网络带宽不够，发送缓冲区有填满的可能。
水平触发
- select()监视的socket如果发生了事件，select()会返回(通知应用程序处理事件)，如果事件没有被处理，再次调用select()的时候会立即再通知
- 存在的问题
- 这里操作位图的方法是轮询，它的性能会随着socket的增多而增多
- 每次调用select，需要拷贝位图，而且select属于用户态，网络通信属于内核态，需要拷贝两次，会影响select的性能
- 受位图大小的限制，每个进/线程selectt所能处理的socket数量默认是1024个，性能不够高，无法处理网络通信频繁的实际场景
select模型监控socket通讯流程图
代码示例
#include "data-sharing-center/public/_cmpublic.h" #include <string.h> using namespace std; int inintserver(int port); //初始化监听端口 int main(int argc,char* argv[]) { if(argc!=2) { cout<<"using example:./server [port]"<<endl; return -1; } //初始化服务端用来监听的socket int listensock=inintsocket(atoi(argv[1])); if(listensock<0) { perror("inintsocket() error"); return -1; } cout<<"listensock="<<listensock<<endl; //初始化select fd_set readfds; FD_ZERO(&readfds); FD_SET(listensock,&readfds); int maxfd=listensock;//记录当前监听socket的数量 while(true) //使用select循环监听 { //定义超时结构体 struct timeval timeout; //定义超时结构体 timeout.tv_sec=10; //秒 timeout.tv_usec=0; //微妙 fd_set tmps=readfds; //select操作中会对位图进行修改，创建一个临时位图 int infds=select(maxfd+1,&tmps,NULL,NULL,&timeout); //开启监听 if(infds<0) //连接失败 { perror("select() error"); break; } else if(infds==0) //超时(此时间段没有事件发生) { cout<<"select timeout"<<endl; continue; } else //有事件发生 { //遍历位图，查看是哪一个socket发生事件 for(int eventfd=0;eventfd<=maxfd;eventfd++) { if(FD_ISSET(eventfd,&tmps)) //查看是否是该socket { if(eventfd=listensock) //如果是监听,说明发生的事件是有客户顿socket发送了连接请求 { //接收客户端连接 struct sockaddr_in clientaddr; socklen_t addrlen=sizeof(clientaddr); int clientsock=accept(listensock,(struct sockaddr*)&clientaddr,&addrlen); if(clientsock<0) { perror("accept() error"); continue; } cout<<"client connected,clientsock:"<<clientsock<<endl; //将新的客户端socket加入位图 FD_SET(clientsock,&readfds); if(clientsock>maxfd) { maxfd=clientsock; } } else //否则就是客户端向服务端发送了数据，或者有客户端断开了连接 { char buffer[1024]; //用来接收数据 memset(buffer,0,sizeof(buffer)); if(recv(eventfd,buffer,sizeof(buffer),0)<0) //说明是有客户端断开了 { cout<<"client disconnected,clientfd="<<eventfd<<endl; close(eventfd); FD_CLR(eventfd,&tmps); if(maxfd==eventfd); //重新计算maxfd的值，注意，只有当eventfd==maxfd时才需要计算。 { for(int ii=maxfd;ii>0;ii--) { if(FD_ISSET(ii,&readfds)) { maxfd=ii; break; } } } } else //说明是有客户端发送了数据 { cout<<"client data:"<<buffer<<endl; send(eventfd,buffer,strlen(buffer),0); //把数据发送回去说明已经收到了 } } } } } } return 0; } int inintsocket(int port) { int sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); if(sock<0) { perror("socket() error"); return -1; } //设置端口复用 int opt=1; unsigned int len=sizeof(opt); setsockopt(sock,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&opt,len); //绑定端口 struct sockaddr_in serveraddr; serveraddr.sin_family=AF_INET; serveraddr.sin_port=htons(port); serveraddr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY); if(bind(sock,(struct sockaddr*)&serveraddr,sizeof(serveraddr))<0) { perror("bind() error"); close(sock); return -1; } //监听 if(listen(sock,5)<0) { perror("listen() error"); close(sock); return -1; } return sock; }
注意: 这里的头文件是博主自己封装的，大家可以使用’man+函数名的方式查看相关函数所需的头文件。
