IO多路复用

• IO多路复用是一种高效的IO操作方法，能够完成一起监听多个文件描述符，将堵塞等候IO操作的时间最大化地利用起来，进步体系的功能和响应速度。常见的IO多路复用技能包含select、poll和epoll等，它们都能够完成在一个线程中一起处理多个IO事情，而无需创立多个线程或进程，从而节省了体系资源。在高并发的网络编程中，IO多路复用是一种常见的编程模型，被广泛应用于网络服务器、数据库等体系中。

• IO多路复用方法：select、poll和epoll

• select、poll和epoll是常用的IO多路复用技能，它们都能够用于一起监听多个文件描述符，以完成高效的IO操作。

1. select

select是最早出现的IO多路复用技能之一，适用于大多数UNIX体系和Windows体系。它经过select函数来完成，能够一起监听多个文件描述符，包含socket和其他类型的文件描述符。当文件描述符上有IO事情发生时，select函数会回来，并将有IO事情发生的文件描述符调集回来给应用程序。应用程序能够经过遍历这个调集来确定是哪些文件描述符上有IO事情发生。

但是select有一些缺陷。首要，它的文件描述符调集是由fd_set结构体表明的，这个结构体的巨细是固定的，因而它能够监听的文件描述符数量是有约束的。其次，每次调用select函数时，应用程序都需求将文件描述符调集从用户空间拷贝到内核空间，这个进程比较耗时。最终，当有很多的文件描述符时，每次调用select函数都需求遍历一切的文件描述符，即便只要其间的一小部分文件描述符上有IO事情发生，这也会糟蹋体系资源。

2. poll

poll也是一种IO多路复用技能，与select相似，它也能够一起监听多个文件描述符，包含socket和其他类型的文件描述符。不同的是，poll的文件描述符调集是由pollfd结构体数组表明的，这个结构体数组的巨细是可变的，因而它能够监听的文件描述符数量没有上限。此外，每次调用poll函数时，应用程序不需求将文件描述符调集从用户空间拷贝到内核空间，这个进程比较快。

但是poll也有一些缺陷。首要，当有很多的文件描述符时，每次调用poll函数仍需求遍历一切的文件描述符，即便只要其间的一小部分文件描述符上有IO事情发生，这也会糟蹋体系资源。其次，当有很多的文件描述符时，pollfd结构体数组会变得非常大，这会占用很多的内存空间。

3. epoll

epoll是一种Linux操作体系供给的IO多路复用机制，相对于传统的select和poll，它具有更高的功能和更强的扩展性。

epoll的核心概念是”事情”，即文件描述符的IO事情，它支撑三种类型的事情：读事情、写事情和过错事情。当某个文件描述符上的IO事情发生时，操作体系会告诉应用程序，应用程序经过epoll API获取该事情并进行处理。

epoll的主要优点有：

高功能：在高并发情况下，epoll的功能更高，由于它运用了事情告诉机制，只处理需求处理的事情，而不是遍历一切文件描述符。
扩展性强：epoll支撑的文件描述符数量比select和poll更大，能够处理数十万甚至上百万的文件描述符。
内核空间和用户空间的数据拷贝次数更少。

代码说明

1. select

#include <sys/select.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
    int fd1, fd2;
    fd_set read_fds;
    int max_fd;
    int ret;
    fd1 = STDIN_FILENO;
    fd2 = STDOUT_FILENO;
    FD_ZERO(&read_fds);
    FD_SET(fd1, &read_fds);
    FD_SET(fd2, &read_fds);
    max_fd = (fd1 > fd2) ? fd1 : fd2;
    while (1) {
        ret = select(max_fd + 1, &read_fds, NULL, NULL, NULL);
        if (ret < 0) {
            perror("select error");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
        if (FD_ISSET(fd1, &read_fds)) {
            // fd1有数据可读
            // ...
        }
        if (FD_ISSET(fd2, &read_fds)) {
            // fd2有数据可读
            // ...
        }
    }
    return 0;
}

2. poll

#include <poll.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
    int fd1, fd2;
    struct pollfd fds[2];
    int timeout;
    int ret;
    fd1 = STDIN_FILENO;
    fd2 = STDOUT_FILENO;
    fds[0].fd = fd1;
    fds[0].events = POLLIN;
    fds[1].fd = fd2;
    fds[1].events = POLLIN;
    timeout = -1; // 永久等候
    while (1) {
        ret = poll(fds, 2, timeout);
        if (ret < 0) {
            perror("poll error");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
        if (fds[0].revents & POLLIN) {
            // fd1有数据可读
            // ...
        }
        if (fds[1].revents & POLLIN) {
            // fd2有数据可读
            // ...
        }
    }
    return 0;
}

3. epoll

#include <sys/epoll.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
    int fd1, fd2;
    int epoll_fd;
    struct epoll_event event, events[2];
    int timeout;
    int ret;
    int i;
    fd1 = STDIN_FILENO;
    fd2 = STDOUT_FILENO;
    epoll_fd = epoll_create1(0);
    if (epoll_fd < 0) {
        perror("epoll_create1 error");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    event.data.fd = fd1;
    event.events = EPOLLIN;
    if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, fd1, &event) < 0) {
        perror("epoll_ctl error");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    event.data.fd = fd2;
    event.events = EPOLLIN;
    if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, fd2, &event) < 0) {
        perror("epoll_ctl error");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    timeout = -1; // 永久等候
    while (1) {
        ret = epoll_wait(epoll_fd, events, 2, timeout);
        if (ret < 0) {
            perror("epoll_wait error");
	        exit(EXIT_FAILURE);
        }
        for (i = 0; i < ret; i++) {
        if (events[i].data.fd == fd1) {
            // fd1有数据可读
            // ...
        }
        if (events[i].data.fd == fd2) {
            // fd2有数据可读
            // ...
        }
    }
}
return 0;
}

定论

IO多路复用是一种高效、灵敏和易于保护的I/O编程方法，能够有效地进步体系的功能和响应速度，避免由于线程或进程切换带来的开销和资源糟蹋。在实践应用中，能够根据应用场景选择不同的IO多路复用方法，并注意处理好各种异常情况和I/O事情类型。运用IO多路复用能够使体系愈加高效、灵敏和易于保护，是网络编程和操作体系规划中不可或缺的重要技能。

写在最终

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