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三种方式:

• select()

  • 底层为线性表
  • 跨平台通用

• poll()

  • Linux Api, Windows中对应为WSAPoll()
  • 底层为线性表

• epoll()

  • 底层为红黑树
  • Linux专属
  • 效率最高

做了什么

• 将本该由程序员处理的缓冲区维护工作交给了内核,由内核监测缓冲区上的事件

select()

#include <sys/select.h>

struct timeval {
    time_t          tv_sec;  //秒
    suseconds_t     tv_usec; //微秒
};

itn select(int nfds, fd_set *reabufs, fd_set *writefds,
            fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

• nfds:委托内核监测的文件描述符数量

  • 三个集合中最大的文件描述符+1 / 直接1024(上限值)
  • 内核需要线性遍历这些集合中的文件描述符,+1这个值是循环结束的条件
  • Windows中无效,指定为-1即可

• readfds:内核只检测这个集合中文件描述符的读缓冲区

  • 传入传出参数
  • 常用

• writefds:内核只检测这个集合中文件描述符对应的写缓冲区

  • 传入传出参数
  • 不常用,不需要使用的话可以指定为NULL

• execptfds:内核只检测这个集合中文件描述符是否有异常状态

  • 传入传出参数

• timeout:超时时长,用来强制接触select()的阻塞

  • NULL:检测不到就绪的文件描述符就一直阻塞
  • 固定秒数:一直检测不到就绪的文件描述符,指定时长后解除阻塞,返回0
  • 0:不等待,不阻塞

• 返回值:

  • 大于0:成功,返回已就绪的文件描述符的个数
  • 等于-1:调用失败
  • 等于0:超时,没有检测到就绪的文件描述符

tips

• fd_set是一个1024bit大小的东西,nfds的上限1024就是由此得来,fd_set拥有1042个标志位,每一个位都对应着0 / 1,代表着这个位对应的文件描述符的状态,由内核维护每一个位的状态

基于select处理服务器端并发的操作流程

• 对fd_set标志位处理( FD_ZERO() \ FD_SET() )
• 轮询检测指定fd( FD_ISSET() )

code

select_server

poll()

• 不具备可移植性,性能又弱于epoll,一般不使用此函数

epoll()

概述

• eventpoll

• 高效：

  • 底层为红黑树
  • 使用回调机制而不是线性扫描,处理效率不会随着集合的变大而下降
  • 并没有使用共享内存
• 没有最大文件描述符限制(取决于硬件)

函数

#include <sys/epoll.h>

// 创建epoll实例
int epoll_create(int size);
// 管理epoll红黑树(添加, 修改, 删除)
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
// 检测epoll树中是否有就绪的文件描述符
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *event, int maxevents, int timeout);

工作模式

水平模式

• level trigger(LT)
• 默认工作方式,支持block与no-block socket
• 通知次数多,易于编写,但效率低

• 读事件:

  • 文件描述符对应的读缓冲区还有数据,读事件就会被触发,epoll_wait()解除阻塞
  • 读缓冲区一次没有读完,读事件一直触发
  • 读数据是被被动的,必须通过读事件才知道有数据到达了,因此对于读事件的检测是必须的

• 写事件:

  • 如果文件描述符对应的写缓冲区可写,写事件就会被触发,epoll_wait()解除阻塞
  • 如果写缓冲区没有写满,写事件一直触发
  • 写数据是主动的,并且写缓冲区一般都是可写的(未满),所以对写事件的检测不是必须的
  • code

  epoll_server_LT

边缘触发

• edge trigger(ET)
• 高速工作模式,只支持no-block socket
• 通知次数少(只有新事件才会通知),编写较难,但效率高

• 读事件:

  • 当读缓冲区有新的数据进入,读事件触发一次,没有新数据不会触发事件
  • 如果数据没有被全部取走,并且没有新数据进入,读时间不会再次出发,只通知一次
  • 如果数据被全部取走或只取走一部分,此时有新数据进入,读事件触发,并且只通知一次

• 写事件:

  • 当写缓冲区可写,写事件只触发一次
  • 写缓冲区从不满到被写满,期间写事件只触发一次
  • 写缓冲区从满到不满,状态变为可写,写事件只会被触发一次
• code

epoll_server_ET

ET模式下注意事项

• 一个程序如果使用了ET模式,就应该使用非阻塞的fd,避免在read或write时使其中一个任务被"锁死"

• 如何编程:

  • 使用非阻塞的fd
  • 在read或write返回EAGAIN时才进入epoll_wait的调用

• EAGAIN:

  • nonblock fd read 返回 EAGAIN：缓冲区数据被读完
  • nonblock fd write 返回 EAGAIN：表示缓冲区被写满(待数据发送出去之后,缓冲重新进入可写状态,会触发EPOLLOUT事件,不会造成 epoll_wait被挂起)

SHOW ME THE CODE

• 设置非阻塞fd

int cfd = accept(serverFd, NULL, NULL);\

int flag = fcntl(cfd, F_GETFL);
flag |= O_NONBLOCK;
fcntl(cfd, F_SETFL, flag);

• 设置ET模式

ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;

• 设置EAGIAN的判定

while (1) {
  int len = recv(fd, buf, sizeof(buf), 0);
  if (len == -1) {
    if (errno == EAGAIN) { // 判断是异常终止或数据接收完毕
      printf("数据接受完毕\n");
        break;
    }
    perror("recv error");
    exit(1);
  } else if (len == 0) {
    printf("客户端断开连接!\n");
    epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, fd, NULL);
    break;
  }
}

参考

1. Linux 教程
2. epoll 相关问题简单说明