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TCP协议+IO多路复用 --- select，poll，epoll分析

王建峰发表于 2021/11/19 03:22:13 2021/11/19

【摘要】   select、poll、epoll select，poll，epoll都是IO多路复用的机制。I/O多路复用就是通过一种机制，一个进程可以监视多个描述符，一旦某个描述符就绪（一般是读就绪或者写就绪），能够通知程序进行相应的读写操作。但select，poll，epoll本质上都是同步I/O，因为他们都需要在读写事件...

select、poll、epoll

select，poll，epoll都是IO多路复用的机制。I/O多路复用就是通过一种机制，一个进程可以监视多个描述符，一旦某个描述符就绪（一般是读就绪或者写就绪），能够通知程序进行相应的读写操作。但select，poll，epoll本质上都是同步I/O，因为他们都需要在读写事件就绪后自己负责进行读写，也就是说这个读写过程是阻塞的，而异步I/O则无需自己负责进行读写，异步I/O的实现会负责把数据从内核拷贝到用户空间。

1.select

select目前几乎在所有的平台上支持，其良好跨平台支持也是它的一个优点。select的一个缺点在于单个进程能够监视的文件描述符的数量存在最大限制，在Linux上一般为1024，可以通过修改宏定义甚至重新编译内核的方式提升这一限制，但是这样也会造成效率的降低。

2.poll

不同与select使用三个位图来表示三个fdset的方式，poll使用一个 pollfd的指针实现。pollfd结构包含了要监视的event和发生的event，不再使用select“参数-值”传递的方式。同时，pollfd并没有最大数量限制（但是数量过大后性能也是会下降）。和select函数一样，poll返回后，需要轮询pollfd来获取就绪的描述符。

3.epoll

epoll是在2.6内核中提出的，是之前的select和poll的增强版本。相对于select和poll来说，epoll更加灵活，没有描述符限制。epoll使用一个文件描述符管理多个描述符，将用户关系的文件描述符的事件存放到内核的一个事件表中，这样在用户空间和内核空间的copy只需一次。

参考来源：

Linux中select poll和epoll的区别
 IO多路复用之select总结
 IO多路复用之poll总结
 IO多路复用之epoll总结

下面关于三种方法的C语言实例。

客户端代码采用多路复用的思路实现。


      //客户端代码，可分别实现三种多路复用的形式 select、poll、epoll ；
      //通过宏来实现
      #include <stdio.h>
      #include <string.h>
      #include <unistd.h>
      #include <errno.h>
      #include <stdlib.h>
      #include <strings.h>
      #include <sys/types.h> /* See NOTES */
      #include <sys/socket.h>
      #include <netinet/in.h>
      #include <netinet/ip.h> /* superset of previous */
      #include <poll.h>
      #include <sys/epoll.h>
      #define SERV_PORT 5001
      #define SERV_IP_ADDR "127.0.0.1"
      #define BACKLOG 5
      #define QUIT_STR "quit"
      #define SELECT 0
      #define POLL 0
      #define EPOLL 1
      void handle_select(int fd);
      void handle_poll(int fd);
      void handle_epoll(int fd);
      void add_event(int epollfd,int fd,int state);
      void handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int sockfd,char *buf);
      int main(int argc, const char *argv[])
      {
     	int fd;
     	struct sockaddr_in sin;
     	bzero(&sin,sizeof(sin));
      	sin.sin_family = AF_INET;
     	inet_pton(AF_INET,SERV_IP_ADDR,&sin.sin_addr);
      	sin.sin_port = htons(SERV_PORT);
     	if( -1 == (fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)) )
      	{
     		perror("socket failed");
     		return -1;
      	}
     	if( -1 == connect(fd,(struct sockaddr*)&sin,sizeof(sin)) )
      	{
     		perror("connect failed");
     		return -1;
      	}
      #if SELECT
     	handle_select(fd);
      #endif
      #if POLL
     	handle_poll(fd);
      #endif
      #if EPOLL
     	handle_epoll(fd);
      #endif
     	close(fd);
     	return 0;
      }
      void handle_select(int fd)
      {
     	int real_read;
     	char buf[64];
      	fd_set fdset;
     	int maxfd = -1;
     	struct timeval tout;
     	while(1)
      	{
     		FD_ZERO(&fdset);
     		FD_SET(0,&fdset);
     		FD_SET(fd,&fdset);
      		maxfd = fd;
      		tout.tv_sec = 5;
      		tout.tv_usec = 0;
     		select(maxfd+1,&fdset,NULL,NULL,&tout);
     		if( FD_ISSET(0,&fdset) )
      		{
     			bzero(buf,sizeof(buf));
     			do{
      				real_read = read(0,buf,sizeof(buf));
      			}while( real_read<0 && EINTR == errno );
     			if(real_read < 0)
      			{
     				perror("read");
     				continue;
      			}
     			else if( 0 == real_read )
      			{
     				continue;
      			}
     			write(fd,buf,strlen(buf)-1);
     			if( 0 == (strncasecmp(buf,QUIT_STR,strlen(QUIT_STR))) )
      			{
     				printf("client quit\n");
     				break;
      			}
      		}
     		if( FD_ISSET(fd,&fdset) )
      		{
     			bzero(buf,sizeof(buf));
     			do{
      				real_read = read(fd,buf,sizeof(buf));
      			}while( real_read<0 && EINTR == errno );
     			if(real_read < 0)
      			{
     				perror("read");
     				continue;
      			}
     			else if( 0 == real_read )
      			{
     				break;
      			}
     			printf("Received: %s\n",buf);
     			if( 0 == (strncasecmp(buf,QUIT_STR,strlen(QUIT_STR))) )
      			{
     				printf("client quit\n");
     				break;
      			}
      		}
      	}
      }
      void handle_poll(int fd)
      {
     	char buf[64];
     	int maxfdp;
     	struct pollfd pfds[2];
     	int real_read;
      	pfds[0].fd = fd;
      	pfds[0].events = POLLIN;
      	pfds[1].fd = 0;
      	pfds[1].events = POLLIN;
      	maxfdp = 2;
     	while(1)
      	{
     		poll(pfds,maxfdp,5);
     		if (pfds[0].revents & POLLIN)
      		{
     			bzero(buf,sizeof(buf));
     			do{
      				real_read = read(fd,buf,sizeof(buf));
      			}while( real_read<0 && EINTR == errno );
     			if(real_read < 0)
      			{
     				perror("read");
     				continue;
      			}
     			else if( 0 == real_read )
      			{
     				break;
      			}
     			printf("Received: %s\n",buf);
     			if( 0 == (strncasecmp(buf,QUIT_STR,strlen(QUIT_STR))) )
      			{
     				printf("client quit\n");
     				break;
      			}
      		}
     		if (pfds[1].revents & POLLIN)
      		{
     			bzero(buf,sizeof(buf));
     			do{
      				real_read = read(0,buf,sizeof(buf));
      			}while( real_read<0 && EINTR == errno );
     			if(real_read < 0)
      			{
     				perror("read");
     				continue;
      			}
     			else if( 0 == real_read )
      			{
     				continue;
      			}
     			write(fd,buf,strlen(buf)-1);
     			if( 0 == (strncasecmp(buf,QUIT_STR,strlen(QUIT_STR))) )
      			{
     				printf("client quit\n");
     				break;
      			}
      		}
      	}
      }
      void handle_epoll(int sockfd)
      {
     	int epollfd;
     	struct epoll_event events[100];
     	char buf[64];
     	int ret;
      	epollfd = epoll_create(1000);
     	add_event(epollfd,0,EPOLLIN);
     	add_event(epollfd,sockfd,EPOLLIN);
     	while(1)
      	{
      		ret = epoll_wait(epollfd,events,100,5);
     		handle_events(epollfd,events,ret,sockfd,buf);
      	}
     	close(epollfd);
      }
      void add_event(int epollfd,int fd,int state)
      {
     	struct epoll_event ev;
      	ev.events = state;
      	ev.data.fd = fd;
     	epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_ADD,fd,&ev);
      }
      void
      handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int sockfd,char *buf)
      {
     	int fd;
     	int i;
     	int real_read;
     	for (i = 0;i < num;i++)
      	{
      		fd = events[i].data.fd;
     		if (events[i].events & EPOLLIN)
      		{
     			if( fd == sockfd )
      			{//判断就绪fd为连接套接字sockfd
     				bzero(buf,64);
     				do{
      					real_read = read(sockfd,buf,64);
      				}while( real_read<0 && EINTR == errno );
     				if(real_read < 0)
      				{
     					perror("read");
     					continue;
      				}
     				else if( 0 == real_read )
      				{
     					break;
      				}
     				printf("Received: %s\n",buf);
     				if( 0 == (strncasecmp(buf,QUIT_STR,strlen(QUIT_STR))) )
      				{
     					printf("client quit\n");
     					break;
      				}
      			}
     			else if( 0 == fd )
      			{//那么判断就绪fd 为标准输入
     				bzero(buf,64);
     				do{
      					real_read = read(0,buf,64);
      				}while( real_read<0 && EINTR == errno );
     				if(real_read < 0)
      				{
     					perror("read");
     					continue;
      				}
     				else if( 0 == real_read )
      				{
     					continue;
      				}
     				write(sockfd,buf,strlen(buf)-1);
     				if( 0 == (strncasecmp(buf,QUIT_STR,strlen(QUIT_STR))) )
      				{
     					printf("client quit\n");
     					break;
      				}
      			}
      		}
      	}
      }

服务端使用多线程的思想


      //循环里处理主监听套接字listenfd,accept监听请求连接。然后将每一个accept连接成功 返回的连接套接
      //字connf分配给一个线程处理。。。
      #include <stdio.h>
      #include <string.h>
      #include <unistd.h>
      #include <errno.h>
      #include <stdlib.h>
      #include <strings.h>
      #include <sys/types.h> /* See NOTES */
      #include <sys/socket.h>
      #include <netinet/in.h>
      #include <netinet/ip.h> /* superset of previous */
      #include <poll.h>
      #include <sys/epoll.h>
      #define SERV_PORT 5001
      #define SERV_IP_ADDR "127.0.0.1"
      #define BACKLOG 5
      #define QUIT_STR "quit"
      void *cli_data_handle(void* arg);
      int main(int argc, const char *argv[])
      {
     	int listenfd,connfd;
     	struct sockaddr_in servaddr,cliaddr;
     	socklen_t peerlen;
     	char buf[64];
     	pthread_t thread;
     	bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
      	servaddr.sin_family = AF_INET;
     	inet_pton(AF_INET,SERV_IP_ADDR,(void *)&servaddr.sin_addr);
      	servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
     	if( -1 == (listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)) )
      	{
     		perror("socket failed");
     		return -1;
      	}
     	printf("socket create success....\n");
     	int b_reuse = 1;
     	setsockopt (listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &b_reuse, sizeof (int));
     	if(-1 == bind(listenfd,(struct sockaddr *)&servaddr,sizeof(servaddr)) )
      	{
     		perror("bind failed");
     		return -1;
      	}
     	printf("bind success....\n");
     	if( -1 == listen(listenfd,10) )
      	{
     		perror("listen failed");
     		return -1;
      	}
     	printf("listen success....\n");
     	while(1)
      	{
     		bzero(&cliaddr,sizeof(cliaddr));
      		peerlen = sizeof(cliaddr);
     		if( (connfd = accept(listenfd,(struct sockaddr *)&cliaddr,&peerlen)) < 0)
      		{
     			perror("accept");
     			return -1;
      		}
     		if( 0 != pthread_create(&thread,NULL,cli_data_handle,(void *)&connfd) )
      		{
     			perror("pthread_create");
     			return -1;
      		}
      	}
     	close(listenfd);
     	return 0;
      }
      void *cli_data_handle(void* arg)
      {
     	char buf[64];
     	int connfd = *(int *)arg;
     	int real_read =0;
     	while(1)
      	{
     			bzero(buf,sizeof(buf));
     			do{
      				real_read = read(connfd,buf,sizeof(buf));
      			}while( real_read<0 && EINTR == errno );
     			if(real_read < 0)
      			{
     				perror("read");
     				continue;
      			}
     			else if( 0 == real_read )
      			{
     				break;
      			}
     			printf("Received:%s\n",buf);
     			write(connfd,buf,strlen(buf));
     			if( 0 == (strncasecmp(buf,QUIT_STR,strlen(QUIT_STR))) )
      			{
     				printf("client quit\n");
     				break;
      			}
      	}
     	close(connfd);
      }

结果验证

文章来源: blog.csdn.net，作者：hinzer，版权归原作者所有，如需转载，请联系作者。

原文链接：blog.csdn.net/feit2417/article/details/82528105

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