Day 9. TCP并发模型、select、poll、epoll

TCP并发模型

1.TCP多线程模型：

缺点：

1）创建线程会带来资源开销，能够实现

2.IO模型：

1）阻塞IO：没有数据到来时，可以让任务故挂起，节省CPU资源开销，提高系统效率

2）非阻塞IO：程序未接受到数据时程序一直执行，效率很低

3）异步IO：只能绑定一个文件描述符用来读取数据，但是效率很高

4）多路复用IO：

select：

1.select监听的集合中的文件描述符有上限限制 fd_set

2.select有内核层向用户层数据空间拷贝的过程，占用系统资源开销

3.select必须轮询检测产生事件的文件描述符

4.select只能工作在水平触发模式（低速模式），无法工作在边缘触发（高速模式）

poll：

1.poll监听集合中的文件描述符没有上限

2.poll有内核层向用户层数据空间拷贝的过程,占用系统资源开销

3.poll必须轮询检测产生事件的文件描述符

4.poll只能工作在水平触发模式(低速模式),无法工作在边沿触发(高速模式)

epoll：

1.epoll没有文件描述符的上限限制

2.epoll创建的是内核监听事件表，所以只需要在内核空间完成数据拷贝即可

3.eopll会将产生事件的文件描述符直接返回

4. eopll可以工作在水平触发模式（低速模式），还可以工作在边缘触发模式（高速模式）

3.函数接口：

1）select

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,

fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

功能：select建听描述符集合中是否有文件描述编程ready状态

参数：nfds：最大文件买哦舒服的值+1；

readfds：读文件描述符集合

writefds：写文件描述符集合

exceptfds:其余文件描述符集合

timeout:等待的时长

NULL 一直等待

返回值：成功返回文件描述符集合中的文件描述个数；失败返回-1；

void FD_CLR(int fd, fd_set *set);

功能：将文件描述符fd从集合中清除

int FD_ISSET(int fd, fd_set *set);

功能：判断文件描述符fd是否仍在集合中

void FD_SET(int fd, fd_set *set);

功能：将文件描述符fd加入到集合中

void FD_ZERO(fd_set *set);

功能：将文件描述符集合清0

写端

#include "head.h"
 
int main(void)
{
    int fd = 0;
    char tmpbuff[4096] = {0};
 
    mkfifo("/tmp/myfifo", 0777);
 
    fd = open("/tmp/myfifo", O_WRONLY);
    if (-1 == fd)
    {
        perror("fail to open");
        return -1;
    }
 
    while (1)
    {
        gets(tmpbuff);
        write(fd, tmpbuff, strlen(tmpbuff));
    }
    close(fd);
 
    return 0;
}

读端

#include "head.h"
 
int main(void)
{
    int fd = 0;
    int flags = 0;
    char *pret = NULL;
    ssize_t nsize = 0;
    char tmpbuff[4096] = {0};
    fd_set rdfds;
    fd_set tmpfds;
    int ret = 0;
 
    mkfifo("/tmp/myfifo", 0664);
    
    fd = open("/tmp/myfifo", O_RDONLY);
    if (-1 == fd)
    {
        perror("fail to open");
        return -1;
    }
 
    FD_ZERO(&rdfds);//将文件描述符集合清0
    FD_SET(fd, &rdfds);//将文件描述符fd加入到文件描述符集合中
    FD_SET(0, &rdfds);//将文件描述符0加入到文件描述符集合中
 
    while (1)
    {
        tmpfds = rdfds;
        ret = select(fd+1, &tmpfds, NULL, NULL, NULL);
        if (-1 == ret)
        {
            perror("fail to select");
            return -1;
        }
 
        if (FD_ISSET(fd, &tmpfds))//判断文件描述符fd是否还在文件描述符集合中
        {
            memset(tmpbuff, 0, sizeof(tmpbuff));
            read(fd, tmpbuff, sizeof(tmpbuff));
            printf("FIFO:%s\n", tmpbuff);
        }
 
        if (FD_ISSET(0, &tmpfds))
        {
            memset(tmpbuff, 0, sizeof(tmpbuff));
            gets(tmpbuff);
            printf("STDIN:%s\n", tmpbuff);
        }
 
    }
 
    close(fd);
 
    return 0;
}

2）poll

int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);

功能：监听文件描述符集合是否有事件发生

参数：

fds：监听文件描述符集合数组空间的首地址

nfds：监听文件描述符集合元素个数

timeout：等待的时间（-1 一直等待）

返回值：成功返回失败返回产生文件描述符的个数；失败返回-1；

struct pollfd {

int fd; /* file descriptor */

short events; /* requested events */

short revents; /* returned events */

};

fd:监听的文件描述符

events:要监听的事件 POLLIN:是否可读 POLLOUT:是否可写

revents:实际产生的事件

读端

#include "head.h"
 
int main(void)
{
	int fd = 0;
	int flags = 0;
	char *pret = NULL;
	ssize_t nsize = 0;
	char tmpbuff[4096] = {0};
	struct pollfd fds[2];
	int nready = 0;
 
	mkfifo("/tmp/myfifo", 0664);
 
	fd = open("/tmp/myfifo", O_RDONLY);
	if (-1 == fd)
	{
		perror("fail to open");
		return -1;
	}
	
	fds[0].fd = fd;
	fds[0].events = POLLIN;
	fds[1].fd = 0;
	fds[1].events = POLLIN;
 
	while (1)
	{
		nready = poll(fds, 2, -1);
		if (-1 == nready)
		{
			perror("fail to poll");
			return -1;
		}
 
		if (fds[0].revents & POLLIN)
		{
			memset(tmpbuff, 0, sizeof(tmpbuff));
			read(fd, tmpbuff, sizeof(tmpbuff));
			printf("FIFO:%s\n", tmpbuff);
		}
	
		if (fds[1].revents & POLLIN)
		{
			memset(tmpbuff, 0, sizeof(tmpbuff));
			gets(tmpbuff);
			printf("STDIN:%s\n", tmpbuff);
		}
	}
 
	close(fd);
}

写端

#include "head.h"
 
int main(void)
{
	int fd = 0;
	char tmpbuff[4096] = {0};
 
	mkfifo("/tmp/myfifo", 0664);
 
	fd = open("/tmp/myfifo", O_WRONLY);
	if (-1 == fd)
	{
		perror("fail to open");
		return -1;
	}
 
	while (1)
	{
		gets(tmpbuff);
		write(fd, tmpbuff, strlen(tmpbuff));
	}
 
	close(fd);
 
	return 0;
}

3）epoll

int epoll_create(int size);

功能：创建一张内核事件表

参数：size：事件个数

返回值：成功返回文件描述符；失败返回-1；

epoll_ctl

int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

功能：维护epoll事件表

参数：

epfd：事件表的个数

op：

EPOLL_CTL_ADD 添加事件

EPOLL_CTL_MOD 修改事件

EPOLL_CTL_DEL 删除事件

fd：操作的文件描述符

event：事件对应的事件

typedef union epoll_data {

void *ptr;

int fd;

uint32_t u32;

uint64_t u64;

} epoll_data_t;

struct epoll_event {

uint32_t events; /* Epoll events */

epoll_data_t data; /* User data variable */

};

返回值：成功返回0；失败返回-1；

epoll_wait

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events,

int maxevents, int timeout);

功能：监听事件表的事件

参数：

epfd：文件描述符

events：存放实际产生事件的数组空间的首地址

maxevents:最多存放事件的个数

timeout:设定监听的时间（超过该时间则不再监听）

-1 一直监听直到有事件发生

返回值:

成功返回产生事件的文件描述符个数

失败返回-1

如果时间达到仍没有事件发生返回0

读端

#include "head.h"
 
int main(void)
{
    int fd = 0;
    int epfd = 0;
    struct epoll_event env;//epoll_ctl需要的事件的结构体
    int nready = 0;
    struct epoll_event retenv[2];
    int i = 0;
    ssize_t nsize = 0;
    char *pret = NULL;
    char tmpbuff[4096] = {0};
 
 
    mkfifo("/tmp/myfifo", 0664);
    fd = open("/tmp/myfifo", O_RDONLY);
    if (-1 == fd)
    {
        perror("fail to open");
        return -1;
    }
 
    /*创建一张2个事件的内核事件表*/
    epfd = epoll_create(2);
    if (epfd == -1)
    {
        perror("fail to create");
        return -1;
    }
 
    /*设置事件结构体的属性*/
    env.events = EPOLLIN;
    env.data.fd = fd;
    /*操作事件*/
    epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &env);
 
    env.events = EPOLLIN;
    env.data.fd = 0;
    epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, 0, &env);
 
    while (1)
    {
        /*监听事件表中的事件*/
        nready = epoll_wait(epfd, retenv, 2, -1);//第二个参数是存放实际产生事件的结构体, 最多存放的个数, 设置监听时间，-1一直监听直到有事件发生
        if (-1 == nready)
        {
            perror("fail to nready");
            return -1;
        }
 
        for (i = 0; i < nready; ++i)
        {
            if (retenv[i].data.fd == 0)//判断要操作的流是否为从终端输入
            {
                memset(tmpbuff, 0, sizeof(tmpbuff));
                gets(tmpbuff);
                printf("STDIN: %s\n", tmpbuff);
            }
 
            if (retenv[i].data.fd == fd)
            {
                memset(tmpbuff, 0, sizeof(tmpbuff));
                read(fd, tmpbuff, sizeof(tmpbuff));
                printf("FIFO: %s\n", tmpbuff);
            }
        }
    }
 
    close(fd);
 
    return 0;
}

写端

#include "head.h"
 
int main(void)
{
    int fd = 0;
    char tmpbuff[4096] = {0};
 
    mkfifo("/tmp/myfifo", 0664);
 
    fd = open("/tmp/myfifo", O_WRONLY);
    if (-1 == fd)
    {
        perror("fail to open");
        return -1;
    }
    
    while (1)
    {
        gets(tmpbuff);
        write(fd, tmpbuff, strlen(tmpbuff));
    }
    close(fd);
 
    return 0;
}