《后台开发：核心技术与应用实践》第七章网络IO模型

2024-06-08 07:38
文章标签 io 第七章 核心技术 后台 模型 实践 网络 应用 开发

本文主要是介绍《后台开发：核心技术与应用实践》第七章网络IO模型，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

文章目录

  • 一、基础知识
    • 1.IO的两种操作：同步IO和异步IO
    • 2.网络中IO的操作有4种情况：
    • 3.当一个网络IO（eg，read操作），会涉及哪两个系统对象和经历哪两个阶段？
  • 二、四种网络IO模型
    • 1.阻塞IO模型
      • （1）阻塞和非阻塞在于用户进程调用内核IO操作方式下的区别
      • （2）特点
      • （3）几乎所有的IO接口（包括socket接口）都是阻塞型的
      • （4）改进方案：多线程（多进程），线程池，连接池
      • （5）为何一个 socket 可以 accept 多次？
      • （6）总结
    • 2.非阻塞IO模型
    • 3.多路IO复用模型，即事件驱动IO
      • （1）特点
      • （2）多路IO复用和阻塞IO的区别
      • （3）使用select()的效果与非阻塞IO类似
      • （4）select()原型：探测多个文件句柄的状态变化
      • （5）事件驱动模型
    • 4.异步IO模型
      • （1）特点
      • （2）非阻塞IO和异步IO的区别
    • 5.各个 IO 模型的比较
  • 二、select——完成非阻塞方式工作的程序，监视需要被监视的文件描述符的变化情况：读、写或异常
    • 1.select函数原型
    • 2.使用select函数循环读取键盘输入
    • 3.观察 select 超时
    • 3.使用 select 函数提高服务器的处理能力

一、基础知识

1.IO的两种操作：同步IO和异步IO

  • 同步IO：必须等待IO操作完成后，控制权才返回给用户进程
  • 异步IO：无需等待IO操作完成，就将控制权返回给用户进程

2.网络中IO的操作有4种情况：

  • 输入：等待数据到达套接字接收缓冲区
  • 输出：等待套接字发送缓冲区有足够的空间容纳将要发送的数据
  • 服务器接收连接请求：等待新的客户端连接请求的到来
  • 客户端发送连接请求：等待服务器回送客户的发起的SYN所对应的ACK

3.当一个网络IO（eg，read操作），会涉及哪两个系统对象和经历哪两个阶段？

  • 两个系统对象为：
    （1）调用这个IO的进程
    （2）系统内核
  • 两个阶段是：
    （1）等待数据准备
    （2）将数据从内核拷贝到进程（实际是拷贝到内存中）

二、四种网络IO模型

1.阻塞IO模型

（1）阻塞和非阻塞在于用户进程调用内核IO操作方式下的区别

在这里插入图片描述

（2）特点

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

（3）几乎所有的IO接口（包括socket接口）都是阻塞型的

在这里插入图片描述

（4）改进方案：多线程（多进程），线程池，连接池

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

（5）为何一个 socket 可以 accept 多次？

在这里插入图片描述

（6）总结

多线程模型可以方便高效的解决小规模的服务请求，但面对大规模的服务请求，多线程模型也会遇到瓶颈，可以用非阻塞模型来尝试解决这个问题。

2.非阻塞IO模型

  • 特点
    在这里插入图片描述
  • recv()函数的不同含义
    在这里插入图片描述
  • 如下的函数可以将某句柄归设为非阻塞状态 ：fcntl( fd , F_SETFL , O_NONBLOCK );

3.多路IO复用模型，即事件驱动IO

（1）特点

  • 它的基本原理就是有个函数（eg：select）会不断地轮询所负责的所有socket，当某个socket 有数据到达了，就通知用户进程
  • 多路 IO 复用模型的流程如图 7-3 所示
    在这里插入图片描述

（2）多路IO复用和阻塞IO的区别

在这里插入图片描述

（3）使用select()的效果与非阻塞IO类似

在这里插入图片描述

（4）select()原型：探测多个文件句柄的状态变化

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

（5）事件驱动模型

在这里插入图片描述

  • 这种模型的特征在于每一个执行周期都会探测一次或一组事件，一个特定的事件会触发某个特定的响应，这里可以将这种模型归类为“事件驱动模型” 。
  • select()事件驱动模型的优点
    在这里插入图片描述
  • select()事件驱动模型的缺点
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

4.异步IO模型

（1）特点

  • 用户进程发起 read 操作之后，立刻就可以开始去做其他的事；而另一方面，从内核的角度，当它收到一个异步的 read 请求操作之后，首先会立刻返回，所以不会对用户进程产生任何阻塞。
  • 然后，内核会等待数据准备完成，然后将数据拷贝到用户内存中，当这一切都完成之后，内核会给用户进程发送一个信号，返回 read 操作已完成的信息。
    在这里插入图片描述

（2）非阻塞IO和异步IO的区别

  • 非阻塞 IO 在执行 recvfrom 这个系统调用的时候，如果内核的数据没有准备好，这时候不会阻塞进程 。但是当内核中数据准备好时，recvfrom 会将数据从内核拷贝到用户内存中，这个时候进程则被阻塞。
  • 异步 IO 则不一样，当进程发起 IO 操作之后，就直接返回，直到内核发送一个信号，告诉进程 IO 已完成，则在这整个过程中，进程完全没有被阻塞。
    在这里插入图片描述

5.各个 IO 模型的比较

在这里插入图片描述

二、select——完成非阻塞方式工作的程序，监视需要被监视的文件描述符的变化情况：读、写或异常

1.select函数原型

在这里插入图片描述
（1）结构体1： fd_set
在这里插入图片描述
（2）结构体2： timeval
结构体 timeval 是一个常用的结构，用来代表时间值，有两个成员，一个是秒数，另一个是毫秒数 。

（3）select 的各个参数所表示的含义
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

2.使用select函数循环读取键盘输入

#include <sys/time.h>  
#include <stdio.h>  
#include <sys/types.h>  
#include <sys/stat.h>  
#include <fcntl.h>  
#include <assert.h>  
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <errno.h>
#include <sys/select.h>
int main(){int keyboard;  int ret,i;  char c;  fd_set readfd;  struct timeval timeout;keyboard = open("/dev/tty",O_RDONLY | O_NONBLOCK); assert(keyboard>0);  while(1){timeout.tv_sec=1; timeout.tv_usec=0; FD_ZERO(&readfd);  //将readfd清零FD_SET(keyboard,&readfd);//将keyboard加入readfdret=select(keyboard+1,&readfd,NULL,NULL,&timeout); if(FD_ISSET(keyboard,&readfd))//如果keyboard在readfd中，则为真 {i=read(keyboard,&c,1);  if('\n'==c)  continue;  printf("The input is %c\n",c);  if ('q'==c)  break;  }}return 0;
}

（1）执行
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
（2）分析

  • open("/dev/tty",O_RDONLY | O_NONBLOCK)
    在这里插入图片描述
  • assert(keyboard>0)
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
  • 函数解释
		timeout.tv_sec=1; timeout.tv_usec=0; FD_ZERO(&readfd);  //将readfd清零FD_SET(keyboard,&readfd);//将keyboard加入readfdret=select(keyboard+1,&readfd,NULL,NULL,&timeout);

在这里插入图片描述

  • 函数解释
		if(FD_ISSET(keyboard,&readfd))//如果keyboard在readfd中，则为真 {i=read(keyboard,&c,1);  if('\n'==c)  continue;  printf("The input is %c\n",c);  if ('q'==c)  break;  }

在这里插入图片描述

3.观察 select 超时

#include <sys/time.h>  
#include <stdio.h>  
#include <sys/types.h>  
#include <sys/stat.h>  
#include <fcntl.h>  
#include <assert.h>  
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <errno.h>
#include <sys/select.h>
int main(){int keyboard; int ret,i; char c;fd_set readfd;struct timeval timeout;keyboard = open("/dev/tty",O_RDONLY | O_NONBLOCK);assert(keyboard>0);while(1) {timeout.tv_sec=5;timeout.tv_usec=0;FD_ZERO(&readfd);FD_SET(keyboard,&readfd);ret=select(keyboard+1,&readfd,NULL,NULL,&timeout);if (ret == -1)perror("select error");else if (ret){if(FD_ISSET(keyboard,&readfd)){i=read(keyboard,&c,1);if('\n'==c)continue;printf("hehethe input is %c\n",c);if ('q'==c)break;}  }else if (ret == 0)printf("time out\n");}return 0;
}

（1）执行
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

（2）解释

	if (ret == -1)perror("select error");else if (ret){if(FD_ISSET(keyboard,&readfd)){i=read(keyboard,&c,1);if('\n'==c)continue;printf("hehethe input is %c\n",c);if ('q'==c)break;}  }else if (ret == 0)printf("time out\n");}

在这里插入图片描述

3.使用 select 函数提高服务器的处理能力

  • server端代码：
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <strings.h>
#include <sys/wait.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#define DEFAULT_PORT 6666
int main( int argc, char ** argv){int serverfd,acceptfd; /* 监听socket: serverfd,数据传输socket: acceptfd */struct sockaddr_in my_addr; /* 本机地址信息 */struct sockaddr_in their_addr; /* 客户地址信息 */unsigned int sin_size, myport=6666, lisnum=10;if ((serverfd = socket(AF_INET , SOCK_STREAM, 0)) == -1) {perror("socket" );return -1;}printf("socket ok \n");my_addr.sin_family=AF_INET;my_addr.sin_port=htons(DEFAULT_PORT);my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;bzero(&(my_addr.sin_zero), 0);if (bind(serverfd, (struct sockaddr *)&my_addr, sizeof(struct sockaddr )) == -1) {perror("bind" );return -2;}printf("bind ok \n");if (listen(serverfd, lisnum) == -1) {perror("listen" );return -3;}printf("listen ok \n");fd_set client_fdset;	/*监控文件描述符集合*/int maxsock;            /*监控文件描述符中最大的文件号*/struct timeval tv;		/*超时返回时间*/int client_sockfd[5];   /*存放活动的sockfd*/bzero((void*)client_sockfd,sizeof(client_sockfd));int conn_amount = 0;    /*用来记录描述符数量*/maxsock = serverfd;char buffer[1024];int ret=0;while(1){/*初始化文件描述符号到集合*/FD_ZERO(&client_fdset);/*加入服务器描述符*/FD_SET(serverfd,&client_fdset);//把服务器描述符加入到集合中/*设置超时时间*/tv.tv_sec = 30; /*30秒*/tv.tv_usec = 0;/*把活动的句柄加入到文件描述符中*/for(int i = 0; i < 5; ++i){
/*程序中Listen中参数设为5,故i必须小于5*/if(client_sockfd[i] != 0){FD_SET(client_sockfd[i], &client_fdset);}}/*printf("put sockfd in fdset!\n");*//*select函数*/ret = select(maxsock+1, &client_fdset, NULL, NULL, &tv);if(ret < 0){perror("select error!\n");break;}else if(ret == 0){printf("timeout!\n");continue;}/*轮询各个文件描述符*/for(int i = 0; i < conn_amount; ++i){/*FD_ISSET检查client_sockfd是否可读写，>0可读写*/if(FD_ISSET(client_sockfd[i], &client_fdset)){printf("start recv from client[%d]:\n",i);ret = recv(client_sockfd[i], buffer, 1024, 0);if(ret <= 0){printf("client[%d] close\n", i);close(client_sockfd[i]);FD_CLR(client_sockfd[i], &client_fdset);client_sockfd[i] = 0;}else{printf("recv from client[%d] :%s\n", i, buffer);}}}/*检查是否有新的连接，如果有，接收连接，加入到client_sockfd中*/if(FD_ISSET(serverfd, &client_fdset)){/*接受连接*/struct sockaddr_in client_addr;size_t size = sizeof(struct sockaddr_in);int sock_client = accept(serverfd, (struct sockaddr*)(&client_addr), (unsigned int*)(&size));if(sock_client < 0){perror("accept error!\n");continue;}/*把连接加入到文件描述符集合中*/if(conn_amount < 5){client_sockfd[conn_amount++] = sock_client;bzero(buffer,1024);strcpy(buffer, "this is server! welcome!\n");send(sock_client, buffer, 1024, 0);printf("new connection client[%d] %s:%d\n", conn_amount, inet_ntoa(client_addr.sin_addr), ntohs(client_addr.sin_port));bzero(buffer,sizeof(buffer));ret = recv(sock_client, buffer, 1024, 0);if(ret < 0){perror("recv error!\n");close(serverfd);return -1;}printf("recv : %s\n",buffer);if(sock_client > maxsock){maxsock = sock_client;}else{printf("max connections!!!quit!!\n");break;}}}
}for(int i = 0; i < 5; ++i){if(client_sockfd[i] != 0){close(client_sockfd[i]);}}close(serverfd);return 0;	
}
  • client端代码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <errno.h>
#define DEFAULT_PORT 6666
int main( int argc, char * argv[]){int connfd = 0;int cLen = 0;struct sockaddr_in client;if(argc < 2){printf(" Uasge: clientent [server IP address]\n");return -1;}	client.sin_family = AF_INET;client.sin_port = htons(DEFAULT_PORT);client.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);connfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if(connfd < 0){perror("socket" );return -1;}if(connect(connfd, (struct sockaddr*)&client, sizeof(client)) < 0){perror("connect" );return -1;}char buffer[1024];bzero(buffer,sizeof(buffer));recv(connfd, buffer, 1024, 0);printf("recv : %s\n", buffer);bzero(buffer,sizeof(buffer));strcpy(buffer,"this is client!\n");send(connfd, buffer, 1024, 0);while(1){bzero(buffer,sizeof(buffer));scanf("%s",buffer);int p = strlen(buffer);buffer[p] = '\0';send(connfd, buffer, 1024, 0);printf("i have send buffer\n");}close(connfd);return 0;
}
  • makefile代码
all:server client
server:server.og++ -g -o server server.o
client:client.og++ -g -o client client.o
server.o:server.cppg++ -g -c server.cpp
client.o:client.cppg++ -g -c client.cpp
clean:allrm all

（1）执行
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
（2）分析server代码
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

这篇关于《后台开发：核心技术与应用实践》第七章网络IO模型的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/1041559。

相关文章

一份LLM资源清单围观技术大佬的日常；手把手教你在美国搭建「百万卡」AI数据中心；为啥大模型做不好简单的数学计算？ | ShowMeAI日报

一份LLM资源清单围观技术大佬的日常；手把手教你在美国搭建「百万卡」AI数据中心；为啥大模型做不好简单的数学计算？ | ShowMeAI日报

👀日报&周刊合集 | 🎡ShowMeAI官网 | 🧡 点赞关注评论拜托啦！ 1. 为啥大模型做不好简单的数学计算？从大模型高考数学成绩不及格说起 司南评测体系 OpenCompass 选取 7 个大模型 (6 个开源模型+ GPT-4o)，组织参与了 2024 年高考「新课标I卷」的语文、数学、英语考试，然后由经验丰富的判卷老师评判得分。 结果如上图所
阅读更多...
【Altium】查找PCB上未连接的网络

【Altium】查找PCB上未连接的网络

【更多软件使用问题请点击亿道电子官方网站】 1、文档目标： PCB设计后期检查中找出没有连接的网络 应用场景：PCB设计后期，需要检查是否所有网络都已连接布线。虽然未连接的网络会有飞线显示，但是由于布线后期整板布线密度较高，虚连，断连的网络用肉眼难以轻易发现。用DRC检查也可以找出未连接的网络，如果PCB中DRC问题较多，查找起来就不是很方便。使用PCB Filter面板来达成目的相比DRC
阅读更多...
C++必修：模版的入门到实践

C++必修：模版的入门到实践

✨✨ 欢迎大家来到贝蒂大讲堂✨✨ 🎈🎈养成好习惯，先赞后看哦~🎈🎈 所属专栏：C++学习 贝蒂的主页：Betty’s blog 1. 泛型编程 首先让我们来思考一个问题，如何实现一个交换函数？ void swap(int& x, int& y){int tmp = x;x = y;y = tmp;} 相信大家很快就能写出上面这段代码，但是如果要求这个交换函数支持字符型
阅读更多...
大语言模型（LLMs）能够进行推理和规划吗？

大语言模型（LLMs）能够进行推理和规划吗？

大语言模型（LLMs），基本上是经过强化训练的 n-gram 模型，它们在网络规模的语言语料库（实际上，可以说是我们文明的知识库）上进行了训练，展现出了一种超乎预期的语言行为，引发了我们的广泛关注。从训练和操作的角度来看，LLMs 可以被认为是一种巨大的、非真实的记忆库，相当于为我们所有人提供了一个外部的系统 1（见图 1）。然而，它们表面上的多功能性让许多研究者好奇，这些模型是否也能在通常需要系
阅读更多...
通信系统网络架构_2.广域网网络架构

通信系统网络架构_2.广域网网络架构

1.概述          通俗来讲，广域网是将分布于相比局域网络更广区域的计算机设备联接起来的网络。广域网由通信子网于资源子网组成。通信子网可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网构建，将分布在不同地区的局域网或计算机系统互连起来，实现资源子网的共享。 2.网络组成          广域网属于多级网络，通常由骨干网、分布网、接入网组成。在网络规模较小时，可仅由骨干网和接入网组成
阅读更多...
亮相WOT全球技术创新大会，揭秘火山引擎边缘容器技术在泛CDN场景的应用与实践

亮相WOT全球技术创新大会，揭秘火山引擎边缘容器技术在泛CDN场景的应用与实践

2024年6月21日-22日，51CTO“WOT全球技术创新大会2024”在北京举办。火山引擎边缘计算架构师李志明受邀参与，以“边缘容器技术在泛CDN场景的应用和实践”为主题，与多位行业资深专家，共同探讨泛CDN行业技术架构以及云原生与边缘计算的发展和展望。 火山引擎边缘计算架构师李志明表示：为更好地解决传统泛CDN类业务运行中的问题，火山引擎边缘容器团队参考行业做法，结合实践经验，打造火山
阅读更多...
Eclipse+ADT与Android Studio开发的区别

Eclipse+ADT与Android Studio开发的区别

下文的EA指Eclipse+ADT,AS就是指Android Studio。 就编写界面布局来说AS可以边开发边预览（所见即所得,以及多个屏幕预览），这个优势比较大。AS运行时占的内存比EA的要小。AS创建项目时要创建gradle项目框架，so,创建项目时AS比较慢。android studio基于gradle构建项目，你无法同时集中管理和维护多个项目的源码，而eclipse ADT可以同时打开
阅读更多...
Toolbar+DrawerLayout使用详情结合网络各大神

Toolbar+DrawerLayout使用详情结合网络各大神

最近也想搞下toolbar+drawerlayout的使用。结合网络上各大神的杰作，我把大部分的内容效果都完成了遍。现在记录下各个功能效果的实现以及一些细节注意点。 这图弹出两个菜单内容都是仿QQ界面的选项。左边一个是drawerlayout的弹窗。右边是toolbar的popup弹窗。 开始实现步骤详情： 1.创建toolbar布局跟drawerlayout布局 <?xml vers
阅读更多...
自制的浏览器主页，可以是最简单的桌面应用，可以把它当成备忘录桌面应用

自制的浏览器主页，可以是最简单的桌面应用，可以把它当成备忘录桌面应用

自制的浏览器主页，可以是最简单的桌面应用，可以把它当成备忘录桌面应用。如果你看不懂，请留言。 完整代码： <!DOCTYPE html><html lang="zh-CN"><head><meta charset="UTF-8"><meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0"><ti
阅读更多...
Python应用开发——30天学习Streamlit Python包进行APP的构建（9）

Python应用开发——30天学习Streamlit Python包进行APP的构建（9）

st.area_chart 显示区域图。 这是围绕 st.altair_chart 的语法糖。主要区别在于该命令使用数据自身的列和指数来计算图表的 Altair 规格。因此，在许多 "只需绘制此图 "的情况下，该命令更易于使用，但可定制性较差。 如果 st.area_chart 无法正确猜测数据规格，请尝试使用 st.altair_chart 指定所需的图表。 Function signa
阅读更多...

Copyright China编程 23002807@qq.com

沪ICP备2023033072号-2