IO端口复用的几种方式

IO端口复用

简介

I/O多路复用（multiplexing）：本质是通过一种机制（系统内核缓冲I/O数据），让单个进程可以监视多个文件描述符，一旦某个描述符就绪（一般是读就绪或写就绪），能够通知程序进行相应的读写操作。

适用场景：高并发的服务器端。应对并发，常见的思维是创建多线程，每个线程管理一个并发操作，但是弊端很明显，就是多线程需要上下文切换，这个切换的消耗太大，当连接的客户端很多的时候弊端就很突出了。所示使用单线程的多路复用。

几种方式

1.s elect

Linux提供的select相关函数接口如下：

#include

#include

int select(int max_fd, fd_set *readset, fd_set *wri teset, fd_set *exceptset, struct timeval *timeout) FD_ZERO(int fd, fd_set* fds) /* 清空集合 */

FD_SET(int fd, fd_set* fds) /* 将给定的描述符加入集合 */

FD_ISSET(int fd, fd_set* fds) /* 将给定的描述符从文

件中删除 */

FD_CLR(int fd, fd_set* fds) /* 判断指定描述符是否

在集合中 */

接口解释：

1：select函数的返回值就绪描述符的数目，超时时返回0，出错返回-1。

2：第一个参数max_fd指待测试的fd个数，它的值是待测试的最大文件描述符

加1，文件描述符从0开始到max_fd-1都将被测试。

3：中间三个参数readset、writeset和exceptset指定要让内核测试读、写和异

常条件的fd集合，如果不需要测试的可以设置为NULL。

代码演示：

sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

memset(&addr,0,sizeof(addr));

addr.sin_family=AF_INET;

addr.sin_port=htons(2000);

addr.sin_addr.s_addr=IN ADDR_ANY;

bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr)); listen(sockfd,5);

fd_set rset;

int max = 0;

int fds[5];

for(int i=0;i<5;i++)

{

memset(&client,O,sizeof(client);

addrlen=sizeof(client);

fds[i]=accept(sockfd,(struct sockaddr*)

&client,&addrlen);

if(fds[i]>max)

max=fds[i];

}

while(1)

{

FD_ZERO(&rset);

for(int i=0;i<5;i++)

{

FD_SET(fds[i],&rset);

}

puts("round again");

select(max+1,&rset,NULL,NULL,NULL);

for(int i=0;i<5;i++)

{

if(FD_ISSET(fds[i],&rset))

{

memset(buffer,0,MAXBUF);

read(fds[i],buffer,MAXBUF);

puts(buffer);

}

}

}

这是一段使用select的端口复用的简单代码。代码定义一个监听5个客户端的select模型。

从代码中可以看出几个问题：

1：

FD_ZERO(&rset);

for(int i=0;i<5;i++)

{

FD_SET(fds[i],&rset);

}

每次while循环都要需要重复调用FD_ZERO进行清除，并在FD_SET加入句柄。2：for(int i=0;i<5;i++)

{

if(FD_ISSET(fds[i],&rset))

{

memset(buffer,0,MAXBUF);

read(fds[i],buffer,MAXBUF);

puts(buffer);

}

}

每次读取数据都需要遍历所有句柄，所以就有O(n)的消耗。

3：select模型设计时有最大的上线值1024,可在源码中查看到。想要更高的并发的话就需要采用多线程了。

4：执行select函数时，存在着用户态和内核态的切换，需要把句柄从内核态切换到用户态。数量少的时候感知不强烈，高并发的时候能有明显的感觉。

以上4点也就是select模型的缺点，总结如下：

1：有上限要求（1024），更多的话就需要多线程了；

2：FDSET不能重用，每次都需要FDZERO；

3：获取句柄需要从用户态拷贝成内核态，开销大；

4：获取消息的形式是遍历。需要循环获取。时间复杂度O(n)。

相交于传统的套接字select也存在其优点：

1：效率高。

2：跨平台性好，几乎支持所有平台。

2.poll

poll的机制与select类似，与select在本质上没有多大差别，管理多个描述符也是进行轮询，根据描述符的状态进行处理，但是poll没有最大文件描述符数量的限制。

#include

int poll(struct pollfd fds[], nfds_t nfds, int time