一、i/o多路复用的概念
i/o多路复用,即multiplexing,是一种采用单线程复用多个I/O通道的技术,常见的实现方式有select、poll、epoll等。使用i/o多路复用技术可以极大地提高系统的并发性能,提高系统效率。
i/o多路复用基于事件驱动的思想,当有多个I/O操作可以进行时,系统根据实际情况决定哪个I/O操作进行,而其他的I/O操作进入等待状态。在等待的过程中,多路复用机制将不停地对所有I/O进行轮询,一旦某个I/O可读写,即触发相应的事件。这种机制可以有效解决并发I/O操作的效率问题。
二、i/o多路复用的使用场景
i/o多路复用通常用于高并发的网络服务场景,对于频繁的I/O操作,采用单线程复用多个I/O通道可以避免频繁上下文切换和线程阻塞。
另外,i/o多路复用还可以用于非网络I/O操作,如文件描述符等,以节省系统资源,提高系统效率。
三、select和poll的实现原理
select和poll是两种常见的i/o多路复用实现方式。它们的原理都类似,都是通过一个集合来管理需要进行I/O操作的文件描述符。当某个文件描述符可读写时,select或poll会将其加入到结果集合中。
select和poll不同的地方在于,select使用的是三个fd_set结构体,分别用于读文件描述符、写文件描述符、异常文件描述符,而poll则使用pollfd结构体,每个结构体中保存了与一个文件描述符相关的信息,如事件类型等。此外,select在查询文件描述符数量大于1024时效率明显下降,而poll则没有这个限制。
四、epoll的实现原理
epoll是一种基于事件驱动的i/o多路复用技术,在Linux系统中被广泛使用。epoll基于内核事件表实现,每个文件描述符与一个或多个事件绑定,当该事件发生时,内核会向应用程序发送通知。
epoll的优势在于,它将内核事件表的创建、维护和查询等操作都放在内核空间中进行,不会因为单个进程的文件描述符数量过多而导致效率下降,因此,epoll可以支持成千上万的并发连接,极大地提高了系统效率和可靠性。
五、i/o多路复用的示例代码
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <arpa/inet.h> #include <sys/socket.h> #include <sys/select.h> #define BUF_SIZE 100 int main(int argc, char *argv[]) { int serv_sock, clnt_sock; struct sockaddr_in serv_addr, clnt_addr; socklen_t clnt_addr_size; char buf[BUF_SIZE]; int fd_max, fd_num, i, j, k; fd_set reads, cpy_reads; if(argc != 2){ printf("Usage: %s [port]\n", argv[0]); exit(1); } serv_sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0); if(serv_sock == -1){ perror("socket() error"); exit(1); } memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr)); serv_addr.sin_family = AF_INET; serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); serv_addr.sin_port = htons(atoi(argv[1])); if(bind(serv_sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) == -1){ perror("bind() error"); exit(1); } if(listen(serv_sock, 5) == -1){ perror("listen() error"); exit(1); } FD_ZERO(&reads); FD_SET(serv_sock, &reads); fd_max = serv_sock; while(1){ cpy_reads = reads; fd_num = select(fd_max+1, &cpy_reads, 0, 0, NULL); if(fd_num == -1){ perror("select() error"); break; } if(fd_num == 0){ continue; } for(i=0; i