C++ I/O多路复用 select / poll / epoll

本文主要是介绍C++ I/O多路复用 select / poll / epoll，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！

I/O多路复用：在网络I/O中，用 1个或1组线程 管理 多个连接描述符。

            如果有至少一个描述符准备就绪，就处理对应的事件

            如果没有，就会被阻塞，让出CPU给其他应用程序运行，直到有准备就绪的描述符 或 超时

                                                                                        (当超时时间设置为 -1 时，表示永不超时)

I/O多路复用的优势

        I/O多路复用的优势如下所示：

1. 高效利用资源: 通过在单一线程中管理多个 I/O 操作，减少了线程创建和上下文切换的开销。

2. 减少阻塞: 允许程序在等待 I/O 操作时继续处理其他任务，提高了应用的响应能力和吞吐量。

3. 降低系统负担: 减少了对系统调用的频繁使用，尤其在处理大量连接时，性能优于传统的多线程或多进程模型。

4. 简化编程模型: 使得程序可以以事件驱动的方式处理多个 I/O 操作，从而简化了复杂的并发编程模型。

一、select模式

int select(int nfds, //最大描述符值fd_set *readfds, //读fd_set *writefds, //写fd_set *exceptfds, //异常struct timeval *timeout); //超时时间

        select支持Window和linux系统。他的流程如下：

• 设置文件描述符集: 程序通过 FD_SET 宏将感兴趣的文件描述符添加到读、写或异常事件的集合中。(默认会创建三种内置描述符：

                                0描述符：输入流

                                1描述符：输出流

                                2描述符：错误流         )

• 调用 select 函数: 程序调用 select，传入最大文件描述符值、读、写和异常文件描述符集以及超时时间。

• 阻塞等待: select 会被阻塞，直到至少有一个文件描述符准备好进行 I/O 操作，或直到超时。

• 检查文件描述符状态: select 返回后，程序通过 FD_ISSET 宏检查哪些文件描述符的状态发生了变化。

• 处理事件: 根据 FD_ISSET 返回的结果，程序可以处理那些已经准备好的文件描述符。

                （这里用可读事件举例子：

                             <1> 如果，接收到的描述符 == 服务器描述符，说明 服务器存在可读事件

                                    也就是说，此时有客户端发出了新的连接，需建立一个新的连接

                                    然后将新的客户端的文件描述符添加到集合中，并更新最大文件描述符值

                             <2> 如果，接收到的描述符 == 客户端描述符，说明 客户端有新消息

                                     此时读出消息，再根据内容向客户端回传信息。

                                     如果读出错误则关闭这条连接。                                                        ）

• 重置文件描述符集: 如果 select 被重新调用，文件描述符集必须在每次调用前重新设置

1.1 优缺点

        优点：select方式是兼容性最广的，支持Windows和Linux

        缺点：每次调用select函数，会将整个FD_SET（维护所有文件描述符的数据结构）

                    从 用户态 的堆 复制到 内核态的堆，以供内核态检查。系统开销大。

二、poll模式

//poll函数返回的是 “发生事件的文件描述符数量”
int poll(struct pollfd *fds, //描述符数组的指针nfds_t nfds, //数组中描述符数量int timeout); //超时时间struct pollfd {int fd;         // 文件描述符short events;   // 需要监视的事件类型short revents;  // 实际发生的事件
};

2.1 监视事件类型

        对于每个文件描述符，设置所需监视的事件类型events（如读、写或异常事件）。这些事件类型可以是：

     POLLIN：表示可以读取数据。

     POLLOUT：表示可以写入数据。

     POLLERR：表示发生了错误。

     POLLHUP：表示挂起（比如管道关闭）

     POLLNVAL：表示无效的文件描述符

2.2 检查真实发生事件

        上述五种类型，本质上是五种宏定义，其实是各自取一位为1，其余为0。（比如，POLLIN为0x1，POLLOUT为0x4）

        因此，当我们需要判断一个真实发生事件的类型是否是读取类型，可以通过以下语句：

if(fd[i].revents & POLLIN) {//处理读取事件
}

三、epoll模式

epoll模式又叫做event poll模式，它与select不同的是：

       select返回的是一系列文件描述符，至于哪些要做哪种事件，需要我们自己轮询

       epoll会通过回调函数告知我们一个有变化的描述符，并且告诉我们需要完成哪种事件

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