目录
[1. 非阻塞型IO](#1. 非阻塞型IO)
[1.1 fcntl函数](#1.1 fcntl函数)
[2 多路文件IO](#2 多路文件IO)
[2.1 多路文件IO的工作原理](#2.1 多路文件IO的工作原理)
[2.2 select 模型](#2.2 select 模型)
[2.3 select多并发服务器](#2.3 select多并发服务器)
[2.4 select代码模型](#2.4 select代码模型)
[2.5 poll模型](#2.5 poll模型)
[2.6 poll的代码模型](#2.6 poll的代码模型)
学习内容：
1. 非阻塞型IO
1.1 fcntl函数
原型：int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );
调用：int flag = fcntl(描述符,F_GETFL)
fcntl(描述符，F_SETFL，flag)
功能描述：设置或者获取文件的各项属性，到底如何操作由cmd决定，一般我们都会用来设置阻塞或者非阻塞IO
参数解析：
参数 fd：准备设置属性的文件的描述符
参数 cmd：文件到底设置什么属性又cmd决定
参数 ...:
F_SETFL:设置文件的flag属性
F_GETFL:获取当前文件的flag属性
2 多路文件IO
2.1 多路文件IO的工作原理
内核会监视目标套接字的缓存区变化:如果
① 缓存区发生了改变：边缘触发
② 缓存区存在数据：水平触发
内核就会通知监视者，有描述符是可读的
以下3个模型，都是上述工作方式
2.2 select 模型
原型：int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,
fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
调用：select(FD_SETSIZE,描述符集合,0,0,0)
FD_SETSIZE：值为1024
功能描述：以阻塞的形式监视 readfds,writefds,exceptfds 这3个描述符集合中，所有描述符，如果有任何描述符激活，则select解除阻塞
参数解析：
参数 nfds：readfds，writefds，exceptfds 这3个集合中的最大值
参数 readfds：监视描述符集合中任意的描述符是否可读，一般我们只用这个
参数 writefds：监视描述符集合中任意的描述符是否可写，一般写NULL
参数 exceptfds：监视描述符集合中任意的描述符是否发生意外，一般写NULL
注意：只要select监视到了有描述符激活，就会将激活的描述符，以覆盖的形式写入到上述3个fds里面去
参数 timeout：是一个结构体，结构如下
struct timeval {
long tv_sec; /* seconds */
long tv_usec; /* microseconds */
};
表示select函数只阻塞传入的时间长度的秒数，超过这个时间自动解除阻塞
传NULL表示：一直阻塞，不受时间影响
返回值：返回激活的描述符的数量
void FD_CLR(int fd, fd_set *set);
功能描述： 从 set 中删除描述符 fd
int FD_ISSET(int fd, fd_set *set);
功能描述：判断 set 中是否存在描述符 fd
返回值：如果存在返回1，不存在返回0
void FD_SET(int fd, fd_set *set);
功能描述：将描述符 fd 添加到 set 里面去
void FD_ZERO(fd_set *set);
功能描述：清空 set 所有描述符，相当于初始化的功能
#include<myhead.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
if(access("./myfifo",F_OK) == -1)
{
mkfifo("./myfifo",0666);
}
int rp = open("./myfifo",O_RDONLY);
fd_set readfds,tempfds;
FD_ZERO(&readfds);
FD_SET(0,&readfds);
FD_SET(rp,&readfds);
while (1)
{
tempfds = readfds;
select(FD_SETSIZE,&tempfds,NULL,NULL,NULL);
if(FD_ISSET(0,&tempfds) == 1)
{
printf("标准输入流激活;\n");
char buf[128]="";
scanf("%s",buf);
getchar();
printf("读取数据为%s\n",buf);
}
if(FD_ISSET(rp,&tempfds) == 1)
{
printf("读端激活;\n");
char buf[128]="";
bzero(buf, sizeof(buf));
read(rp,buf,sizeof(buf));
printf("数据为%s\n",buf);
}
}
return 0;
}
2.3 select多并发服务器
#include<myhead.h>
#define SER_PORT 8888 //服务器端口号
#define SER_IP "192.168.2.157" //服务器IP
void insert(int * arr,int *len ,int cin)
{
arr[*len] = cin;
(*len)++;
}
int find_arr(int * arr,int len ,int cin)
{
for (int i = 0; i < len; i++)
{
if(arr[i] == cin){
return i;
}
}
return -1;
}
void remove_arr(int * arr,int* len ,int cin)
{
int tar = find_arr(arr,*len,cin);
if(tar == -1)
{
return ;
}
int i =-1;
for (int i = tar; i < *len-1; i++)
{
arr[i] = arr[i+1];
}
arr[i] = 0;
(*len)--;
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
int sfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(sfd == -1)
{
perror("socket error");
return -1;
}
struct sockaddr_in sin;
sin.sin_family = AF_INET;
sin.sin_port = htons(SER_PORT); //端口号
sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(SER_IP); //IP地址
if(bind(sfd,(struct sockaddr *)&sin,sizeof(sin)) == -1)
{
perror("bind error");
return -1;
}
if(listen(sfd,128) == -1)
{
perror("listen error");
return -1;
}
fd_set readfds,tempfds;
int cin = 0;
int cin_arr[128]={0};
int count = 0;
FD_ZERO(&readfds);
FD_SET(0,&readfds);
FD_SET(sfd,&readfds);
char buf[128]="";
while (1)
{
tempfds = readfds;
select(FD_SETSIZE,&tempfds,0,0,0);
// if(FD_ISSET(0,&tempfds) == 1)
// {
// fgets(buf,sizeof(buf),stdin);
// buf[strlen(buf) - 1]=0;
// printf("触发了键盘输入事件:%s\n", buf);
// }
if(FD_ISSET(sfd,&tempfds) == 1)
{
if((cin = accept(sfd,0,0)) == -1)
{
perror("error");
return -1;
}
printf("连接成功\n");
FD_SET(cin,&readfds);
insert(cin_arr,&count,cin);
}
for (int i = 0; i < count; i++)
{
int cin = cin_arr[i];
if(FD_ISSET(cin,&tempfds))
{
char sbuf[128] = "";
int res = read(cin,sbuf,128);
if(res == 0)
{
printf("断开连接");
close(i);
FD_CLR(cin,&readfds);
remove_arr(cin_arr,&count,cin);
break;
}
printf("客户端发来信息:%s\n",sbuf);
}
}
}
close(sfd);
return 0;
}
2.4 select代码模型
fd_set readfds;
FD_ZERO(readfds)
FD_SET(想要监视的描述符,readfds)
while(1){
select()
判断/循环判断哪个描述符激活了{
调用对用的阻塞函数
例如:accept 或者 read
}
}
2.5 poll模型
工作方式和select是一样的，都是用来监视描述符是否激活，只不过操作过程不一样
因为select的不足，才会有poll模型的
① select中 fd_set 类型大小固定，1024个，如果要监视的描述符数量超过1024个，就会有问题
② select监视到激活的描述符成功后，会将激活的把readfds覆盖
poll 解决了上述2个问题
原型：int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);
调用：poll(准备监视的struct pollfd 数组，数组的容量/实际长度，-1)
功能描述：监视 fds所指向的描述符数组中所有描述符的情况，最多监视nfds个，一般就是数组的容量
参数解析：
参数 fds：结构体数组，数组中的每一个结构体元素都是一个描述符搭配一些其他数据，结构如下
struct pollfd {
int fd; /* file descriptor */要监视的描述符
short events; /* requested events */可读、可写、意外
因为可读的原因激活：POLLIN，一般我们都写这个
因为可写的原因激活：POLLOUT
short revents; /* returned events */
fd描述符，一旦激活，用来表示具体因为什么原因激活的
};
参数 nfds：想要监视的描述符的数量，一般就是fds这个数组的实际长度
参数 timeout：poll函数阻塞时长，单位为毫秒
传 0 表示不阻塞
传 -1 表示一直阻塞，直到有描述符激活
返回值：成功返回激活的描述符的数量
注意：poll函数监视的直接是一个结构体数组，这个数组我们是可以直接操作的，不需要额外的函数去操作
注意：poll的激活方式为水平触发
水平触发：只要监视的所有套接字中，有任何套接字缓存区存在数据，则poll就会激活
#include<myhead.h>
#define SER_PORT 8888 //服务器端口号
#define SER_IP "192.168.2.157" //服务器IP
int main(int argc, char const *argv[])
{
int sfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(sfd == -1)
{
perror("socket error");
return -1;
}
struct sockaddr_in sin;
sin.sin_family = AF_INET;
sin.sin_port = htons(SER_PORT); //端口号
sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(SER_IP); //IP地址
if(bind(sfd,(struct sockaddr *)&sin,sizeof(sin)) == -1)
{
perror("bind error");
return -1;
}
if(listen(sfd,128) == -1)
{
perror("listen error");
return -1;
}
struct pollfd fds[50]={0};
fds[0].fd = sfd;
fds[0].events = POLLIN;
int fd_count = 1;
while (1)
{
poll(fds,fd_count,-1);
for (int i = 0; i < fd_count; i++)
{
int fd = fds[i].fd;
short revent = fds[i].revents;
if(fd == sfd && revent == POLLIN)
{
int cin = accept(sfd,0,0);
printf("有新客户连接\n");
fds[fd_count].fd = cin;
fds[fd_count].events = POLLIN;
fd_count++;
}
if(fd != sfd && revent == POLLIN)
{
char buf[128] = "";
int res = read(fd,buf,128);
if (res == 0)
{
int j=-1;
for( j = i;j<fd_count-1;j++)
{
fds[j] = fds[j+1];
}
//memset(fds+j,0,sizeof(fds[j]));
fd_count--;
i--;
printf("断开连接\n");
close(fd);
break;
}
printf("客户端发来消息:%s\n",buf);
}
}
}
return 0;
}
2.6 poll的代码模型
struct pollfd fds[n] = {0};
fds[0].fd = 想要监视的第一个描述符
fds[0].events = POLLIN
while(1){
poll(fds,n,-1)
for(遍历 fds){
// 判断 fds中哪个描述符激活了
if(fds[i].revents == POLLIN){
调用对应的阻塞函数
例如 accept 或者 read 或者 scanf等
}
}
}
课外作业：
运行1个服务器和2个客户端
实现效果： 服务器和2个客户端互相聊天，服务器和客户端都需要使用select模型去实现
服务器要监视2个客户端是否连接，2个客户端是否发来消息以及服务器自己的标准输入流
客户端要监视服务器是否发来消息以及客户端自己的标准输入流 在不开线程的情况下，实现互相聊天
ser.c
#include<myhead.h>
#define SER_PORT 9999 //服务器端口号
#define SER_IP "192.168.2.157" //服务器IP
void insert(int * arr,int *len ,int cin)
{
arr[*len] = cin;
(*len)++;
}
int find_arr(int * arr,int len ,int cin)
{
for (int i = 0; i < len; i++)
{
if(arr[i] == cin){
return i;
}
}
return -1;
}
void remove_arr(int * arr,int* len ,int cin)
{
int tar = find_arr(arr,*len,cin);
if(tar == -1)
{
return ;
}
int i =-1;
for (int i = tar; i < *len-1; i++)
{
arr[i] = arr[i+1];
}
arr[i] = 0;
(*len)--;
}
// 主函数
int main(int argc, char const *argv[])
{
// 创建套接字
int sfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
// 检查套接字创建是否成功
if(sfd == -1)
{
perror("socket error");
return -1;
}
// 初始化服务器地址结构体
struct sockaddr_in sin;
sin.sin_family = AF_INET;
sin.sin_port = htons(SER_PORT); // 设置端口号
sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(SER_IP); // 设置IP地址
// 绑定套接字和地址
if(bind(sfd,(struct sockaddr *)&sin,sizeof(sin)) == -1)
{
perror("bind error");
return -1;
}
// 监听套接字
if(listen(sfd,128) == -1)
{
perror("listen error");
return -1;
}
// 客户端地址结构体
struct sockaddr_in client;
socklen_t len_t = sizeof(client);
// 读取事件集合
fd_set readfds,tempfds;
FD_ZERO(&readfds); // 初始化读取事件集合
FD_SET(STDIN_FILENO,&readfds); // 将标准输入添加到读取事件集合
FD_SET(sfd,&readfds); // 将监听套接字添加到读取事件集合
int cin = 0;
int cin_arr[128]={0};
int count = 0;
char buf[128]="";
// 主循环
while (1)
{
tempfds = readfds; // 复制读取事件集合
// 执行select操作，等待就绪事件
select(FD_SETSIZE,&tempfds,0,0,0);
// 检查标准输入是否有事件
if(FD_ISSET(STDIN_FILENO,&tempfds) == 1)
{
memset(buf, 0, sizeof(buf));
fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
buf[strlen(buf) - 1]=0;
printf("输入:%s\n", buf);
// 发送数据到客户端
for (int i = 0; i < count; i++) {
if (send(cin_arr[i], buf, strlen(buf), 0) < 0) {
perror("send failed");
}
}
}
// 检查是否有新的客户端连接
if(FD_ISSET(sfd,&tempfds) == 1)
{
if((cin = accept(sfd,(struct sockaddr *)&client,&len_t)) == -1)
{
perror("accept error");
return -1;
}
printf("新客户已连接\n");
FD_SET(cin,&readfds); // 将新的连接添加到读取事件集合
insert(cin_arr,&count,cin); // 添加新的连接到数组
}
// 循环处理已连接的客户端
for (int i = 0; i < count; i++)
{
int cin = cin_arr[i];
if(FD_ISSET(cin,&tempfds) == 1)
{
char rbuf[128] = "";
bzero(rbuf,sizeof(rbuf));
int res = recv(cin,rbuf,sizeof(rbuf),0);
if(res == 0)
{
printf("断开连接\n");
close(i);
FD_CLR(cin,&readfds); // 从读取事件集合中移除断开连接的客户端
remove_arr(cin_arr,&count,cin); // 从数组中移除断开连接的客户端
i--;
break;
}
printf("客户端发来信息:%s\n",rbuf);
for(int j=0;j<count;j++)
{
if(cin_arr[j] != cin){
write(cin_arr[j],rbuf,sizeof(rbuf));
}
}
}
}
}
close(sfd);
return 0;
}
cli.c
#include<myhead.h>
#define CLI_PORT 5555 //服务器端口号
#define SER_PORT 9999 //服务器端口号
#define SER_IP "192.168.2.157" //服务器IP
// 主函数
int main(int argc, char const *argv[])
{
// 创建客户端套接字
int cfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
// 检查套接字创建是否成功
if(cfd == -1)
{
perror("socket error");
return -1;
}
// 初始化客户端地址结构
struct sockaddr_in sin;
sin.sin_family = AF_INET;
sin.sin_port = htons(CLI_PORT); // 端口号
sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(SER_IP); // IP地址
// 初始化服务器地址结构
struct sockaddr_in cin;
cin.sin_family = AF_INET; // 通信域
cin.sin_port = htons(SER_PORT); // 服务器端口号
cin.sin_addr.s_addr = inet_addr(SER_IP); // 服务器IP地址
// 连接服务器
if (connect(cfd,(struct sockaddr *)&cin,sizeof(cin)) == -1)
{
perror("error connect");
return -1;
}
// 初始化文件描述符集合
fd_set writefds,tempfds;
FD_ZERO(&writefds);
FD_SET(STDIN_FILENO,&writefds);
FD_SET(cfd,&writefds);
// 客户端相关变量初始化
int client=0;
int cin_arr[128]={0};
int count = 0;
char buf[128]="";
// 主循环
while (1)
{
tempfds = writefds;
// 监听文件描述符集合上的事件
select(FD_SETSIZE,&tempfds,0,0,0);
// 检查标准输入是否有数据
if (FD_ISSET(STDIN_FILENO, &tempfds) == 1) {
memset(buf, 0, sizeof(buf));
fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
buf[strlen(buf) - 1]=0;
printf("输入:%s\n", buf);
// 发送数据到服务器
int res = write(cfd, buf, strlen(buf));
if (res < 0) {
perror("write failed");
break;
}
}
// 检查是否有来自服务器的数据
if(FD_ISSET(cfd,&tempfds) == 1)
{
char rbuf[128]="";
bzero(rbuf,sizeof(rbuf));
int res = recv(cfd,rbuf,sizeof(rbuf),0);
if (res < 0) {
perror("recv failed");
break;
} else if (res == 0) {
printf("Server closed the connection.\n");
break;
}
rbuf[res] = '\0';
printf("服务端消息为：%s\n",rbuf);
}
}
// 关闭客户端套接字
close(cfd);
return 0;
}