linux下IO复用编程select 和 epoll
2018-01-04 22:42
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I/O复用技术
IO复用是Linux中的IO模型之一,IO复用就是进程预先告诉内核需要监视的IO条件,使得内核一旦发现进程指定的一个或多个IO条件就绪,就通过进程进程处理,从而不会在单个IO上阻塞了。Linux中,提供了select、poll、epoll三种接口函数来实现IO复用。
select函数
头文件
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
函数原型
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
参数
nfds:指定了被监听文件描述符的个数,通常设置为监听的所有描述符最大值加1
readfs、writefds和exceptfds分别对应可读、可写和异常等事件文件描述符集合,当调用select时,通过这3个参数传入自己感兴趣的文件描述符,select函数返回后,内核通过修改他们来通知应用程序那些文件描述符已经就绪
timeout:用来设置select的超时时间,它是一个timeval结构类型指针,采用指针参数是应为内核将修改它以告诉应用程序select等待了多久。不过我们不能完全信任select调用返回的timeout值,比如调用失败后timeout的值是不确定的。
返回值
返回:若有就绪描述符则为其个数,超时为0,出错-1
select函数参数结构体fd_set介绍
fd_set结构体包含一个整形数组,该数组中每一个元素的每一位标记一个文件描述符,fd_set容纳的文件描述符数量由FD_SETSIZE指定,这就限制了select能同时处理的文件描述符最大个数。通过一些宏来操作fd_set结构体中的位:
#include <sys/select.h>
FD_ZERO(fd_set *fdset); /* 清除fdset所有标志位 */
FD_SET(int fd, fd_set fdset); /*设置fdset标志位fd */
FD_CLR(int fd, fd_set fdset); /*清除fdset标志位fd */
int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset); /* 测试fdset的位fd是否被设置*/
select函数参数结构体struct timeval介绍
struct timeval
{
longtv_sec; //秒数
longtv_usec; //微秒数
};
select提供了一个微妙的定时方案,如果给timeval的成员都赋值0,则select将立即返回;如果timeout为NULL,则select将一直阻塞,直到某个文件描述符就绪
select缺点:
1.每次调用select,都需要把fd集合从用户态拷贝到内核态,这个开销在fd很多时会很大
2.每次调用select都需要在内核遍历传递进来的所有fd,这个开销在fd很多时也很大
3.select支持的文件描述符数量太小了,默认是1024
epoll系列函数
epoll是Linux特有的IO复用函数,它在实现和使用上与select和poll有很大差异,首先,epoll使用一组函数来完成操作,而不是单个函数。其次,epoll把用户关心的文件描述符上的事件放在内核上的一个事件表中,从而无须像select和poll那样每次调用都要重复传入文件描述符集合事件表。但epoll需要使用一个额外的文件描述符,来唯一标识内核中这个事件表,这个文件描述符使用如下epoll_create函数创建:
头文件
#include <sys/epoll.h>
函数原型
int epoll_create(int size);
参数
size参数现在并不起作用,只是给内核一个提示,告诉它内核表需要多大
返回值
成功返回创建的内核事件表对应的描述符,出错-1 该函数返回的文件描述符将用作其他所有epoll函数的第一个参数,以指定要访问的内核事件表。用epoll_ctl函数操作内核事件表
头文件
#include <sys/epoll.h>
函数原型
int epoll_ctl(int opfd, int op, int fd, structepoll_event *event);
参数
opfd:epoll_create的返回值
fd参数是要操作的文件描述符,op指定操作类型,操作类型有3种
EPOLL_CTL_ADD:往事件表中注册fd上的事件
EPOLL_CTL_MOD:修改fd上的注册事件
EPOLL_CTL_DEL:删除fd上的注册时间
event指定事件类型,它是epoll_event结构指针类型
返回值
成功返回0,出错-1
epoll_event结构指针类型
struct epoll_event
{
__uint32_tevents; /* epoll事件 */
epoll_data_tdata; /* 用户数据 */
};
其中events描述事件类型,epoll支持的事件类型和poll基本相同,表示epoll事件类型的宏是在poll对应的宏加上”E”,比如epoll的数据可读事件是EPOLLIN,但epoll有两个额外的事件类型-EPOLLET和EPOLLONESHOT,它们对于高效运作非常关键,data用于存储用户数据,其类型epoll_data_t定义如下:
epoll_data_t联合体
typedef union epoll_data
{
void*ptr;
int fd;
uint32_tu32;
uint64_tu64;
}epoll_data_t;
epoll_data_t是一个联合体,其4个成员最多使用的是fd,它指定事件所从属的目标文件描述符,ptr成员可用来指定fd相关的用户数据,但由于opoll_data_t是一个联合体,我们不能同时使用fd和ptr,如果要将文件描述符嗯哼用户数据关联起来,以实现快速的数据访问,则只能使用其他手段,比如放弃使用fd成员,而在ptr指针指向的用户数据中包含fd。
头文件
#include <sys/epoll.h>
函数原型
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, intmaxevents, int timeout);
参数
timeout参数的含义与poll接口的timeout参数相同,maxevents参数指定最多监听多少个事件,它必须大于0。timeout毫秒
返回值
成功返回就绪的文件描述符个数,出错-1
epoll_wait如果检测到事件,就将所有就绪的事件从内核事件表(由epfd指定)中复制到events指定的数组中,这个数组只用来输epoll_wait检测到的就绪事件,而不像select和poll的参数数组既传递用于用户注册的事件,有用于输出内核检测到就绪事件,这样极大提高了应用程序索引就绪文件描述符的效率。
IO复用是Linux中的IO模型之一,IO复用就是进程预先告诉内核需要监视的IO条件,使得内核一旦发现进程指定的一个或多个IO条件就绪,就通过进程进程处理,从而不会在单个IO上阻塞了。Linux中,提供了select、poll、epoll三种接口函数来实现IO复用。
select函数
头文件
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
函数原型
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
参数
nfds:指定了被监听文件描述符的个数,通常设置为监听的所有描述符最大值加1
readfs、writefds和exceptfds分别对应可读、可写和异常等事件文件描述符集合,当调用select时,通过这3个参数传入自己感兴趣的文件描述符,select函数返回后,内核通过修改他们来通知应用程序那些文件描述符已经就绪
timeout:用来设置select的超时时间,它是一个timeval结构类型指针,采用指针参数是应为内核将修改它以告诉应用程序select等待了多久。不过我们不能完全信任select调用返回的timeout值,比如调用失败后timeout的值是不确定的。
返回值
返回:若有就绪描述符则为其个数,超时为0,出错-1
select函数参数结构体fd_set介绍
fd_set结构体包含一个整形数组,该数组中每一个元素的每一位标记一个文件描述符,fd_set容纳的文件描述符数量由FD_SETSIZE指定,这就限制了select能同时处理的文件描述符最大个数。通过一些宏来操作fd_set结构体中的位:
#include <sys/select.h>
FD_ZERO(fd_set *fdset); /* 清除fdset所有标志位 */
FD_SET(int fd, fd_set fdset); /*设置fdset标志位fd */
FD_CLR(int fd, fd_set fdset); /*清除fdset标志位fd */
int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset); /* 测试fdset的位fd是否被设置*/
select函数参数结构体struct timeval介绍
struct timeval
{
longtv_sec; //秒数
longtv_usec; //微秒数
};
select提供了一个微妙的定时方案,如果给timeval的成员都赋值0,则select将立即返回;如果timeout为NULL,则select将一直阻塞,直到某个文件描述符就绪
select缺点:
1.每次调用select,都需要把fd集合从用户态拷贝到内核态,这个开销在fd很多时会很大
2.每次调用select都需要在内核遍历传递进来的所有fd,这个开销在fd很多时也很大
3.select支持的文件描述符数量太小了,默认是1024
epoll系列函数
epoll是Linux特有的IO复用函数,它在实现和使用上与select和poll有很大差异,首先,epoll使用一组函数来完成操作,而不是单个函数。其次,epoll把用户关心的文件描述符上的事件放在内核上的一个事件表中,从而无须像select和poll那样每次调用都要重复传入文件描述符集合事件表。但epoll需要使用一个额外的文件描述符,来唯一标识内核中这个事件表,这个文件描述符使用如下epoll_create函数创建:
头文件
#include <sys/epoll.h>
函数原型
int epoll_create(int size);
参数
size参数现在并不起作用,只是给内核一个提示,告诉它内核表需要多大
返回值
成功返回创建的内核事件表对应的描述符,出错-1 该函数返回的文件描述符将用作其他所有epoll函数的第一个参数,以指定要访问的内核事件表。用epoll_ctl函数操作内核事件表
头文件
#include <sys/epoll.h>
函数原型
int epoll_ctl(int opfd, int op, int fd, structepoll_event *event);
参数
opfd:epoll_create的返回值
fd参数是要操作的文件描述符,op指定操作类型,操作类型有3种
EPOLL_CTL_ADD:往事件表中注册fd上的事件
EPOLL_CTL_MOD:修改fd上的注册事件
EPOLL_CTL_DEL:删除fd上的注册时间
event指定事件类型,它是epoll_event结构指针类型
返回值
成功返回0,出错-1
epoll_event结构指针类型
struct epoll_event
{
__uint32_tevents; /* epoll事件 */
epoll_data_tdata; /* 用户数据 */
};
其中events描述事件类型,epoll支持的事件类型和poll基本相同,表示epoll事件类型的宏是在poll对应的宏加上”E”,比如epoll的数据可读事件是EPOLLIN,但epoll有两个额外的事件类型-EPOLLET和EPOLLONESHOT,它们对于高效运作非常关键,data用于存储用户数据,其类型epoll_data_t定义如下:
epoll_data_t联合体
typedef union epoll_data
{
void*ptr;
int fd;
uint32_tu32;
uint64_tu64;
}epoll_data_t;
epoll_data_t是一个联合体,其4个成员最多使用的是fd,它指定事件所从属的目标文件描述符,ptr成员可用来指定fd相关的用户数据,但由于opoll_data_t是一个联合体,我们不能同时使用fd和ptr,如果要将文件描述符嗯哼用户数据关联起来,以实现快速的数据访问,则只能使用其他手段,比如放弃使用fd成员,而在ptr指针指向的用户数据中包含fd。
头文件
#include <sys/epoll.h>
函数原型
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, intmaxevents, int timeout);
参数
timeout参数的含义与poll接口的timeout参数相同,maxevents参数指定最多监听多少个事件,它必须大于0。timeout毫秒
返回值
成功返回就绪的文件描述符个数,出错-1
epoll_wait如果检测到事件,就将所有就绪的事件从内核事件表(由epfd指定)中复制到events指定的数组中,这个数组只用来输epoll_wait检测到的就绪事件,而不像select和poll的参数数组既传递用于用户注册的事件,有用于输出内核检测到就绪事件,这样极大提高了应用程序索引就绪文件描述符的效率。
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