Linux网络：多路转接IO

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select

作用

[函数表达式（C 语法）](#函数表达式（C 语法）)

参数详解

返回值

示例

epoll

作用

函数表达式与参数详解

[(1) epoll_create1 / epoll_create](#(1) epoll_create1 / epoll_create)

[(2) epoll_ctl](#(2) epoll_ctl)

[(3) epoll_wait](#(3) epoll_wait)

水平触发（LT）与边缘触发（ET）的区别

源码

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select

select 是传统的IO多路复用系统调用，可同时监视多个文件描述符（socket、普通文件、管道等），等待其中任意一个变为"就绪"状态（可读、可写或异常）。它允许单线程或单进程高效处理数十到数百个并发连接（现代高并发场景一般用 epoll 替代，但 select 仍是理解多路复用的基础）

作用

• 同时监听多个文件描述符的 可读 、可写 和 异常 事件。

• 阻塞直到有描述符就绪、超时或被信号中断。

• 配合非阻塞IO，可在不占用CPU的前提下实现高并发网络服务。

函数表达式（C 语法）

#include <sys/select.h>
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

参数详解

• nfds ：需要监视的最大文件描述符值 + 1（即 max_fd + 1）。内核只检查 [0, nfds) 范围内的描述符，提高效率。

• readfds ：指向可读事件的文件描述符集合。如果某个fd在集合中且数据可读（对于socket指接收缓冲区有数据，或连接关闭，或监听socket有新连接），select 返回后该fd在集合中保留，否则会被清除。可设为 nullptr 表示不关心读事件。

• writefds ：指向可写事件的fd集合。对于socket，当发送缓冲区有空闲空间（或非阻塞connect完成）时可写。可设为 nullptr。

• exceptfds ：指向异常事件的fd集合。通常用于带外数据（TCP紧急指针）等。可设为 nullptr。

• timeout：最大等待时间。

  • timeout == nullptr：无限阻塞直到有事件。

  • timeout->tv_sec == 0 && timeout->tv_usec == 0：立即返回（非阻塞轮询）。

  • 其他：等待指定时间后即使无事件也返回0。

返回值

• 成功：返回就绪的文件描述符总数（即三个集合中保留的fd个数）。

• 超时：返回 0（无就绪fd）。

• 失败 ：返回 -1，并设置 errno（常见：EBADF、EINTR 等）。

fd_set 操作宏：

• FD_ZERO(fd_set *set)：清空集合

• FD_SET(int fd, fd_set *set)：将fd加入集合

• FD_CLR(int fd, fd_set *set)：将fd从集合中移除

• FD_ISSET(int fd, fd_set *set)：测试fd是否在集合中（通常用于 select 返回后判断哪个fd就绪）

示例

epoll

作用

• 同时监视大量文件描述符（无上限 ，仅受系统内存限制）的 可读、可写、错误、挂断 等事件。

• 支持 水平触发（LT，Level Triggered） 和 边缘触发（ET，Edge Triggered） 两种工作模式。

• 采用事件驱动，每次调用 epoll_wait 仅返回就绪的描述符，复杂度 O(1)，非常适合高并发服务器（如 Nginx、Redis）。

函数表达式与参数详解

epoll 包含三个核心函数：

(1) epoll_create1 / epoll_create

#include <sys/epoll.h>
int epoll_create(int size);
int epoll_create1(int flags);

• 作用：创建一个 epoll 实例，返回一个文件描述符（epfd），后续操作均通过它进行。

• 参数：

  • size（已废弃，但必须 >0）：提示内核需要监听的大小，内核会动态扩展。

  • flags（epoll_create1 专用）：可取 0 或 EPOLL_CLOEXEC（执行 exec 时自动关闭 epfd）。

• 返回值 ：成功返回 epfd（非负整数）；失败返回 -1 并设置 errno（如 ENOMEM、EMFILE）。

(2) epoll_ctl

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

• 作用：控制 epoll 实例上的文件描述符事件（添加、修改、删除）。

• 参数：

  • epfd：epoll_create1 返回的描述符。

  • op：操作类型，取以下宏：

    • EPOLL_CTL_ADD：添加 fd 到 epoll 实例。

    • EPOLL_CTL_MOD：修改 fd 上监听的事件。

    • EPOLL_CTL_DEL：从 epoll 实例删除 fd。

  • fd：要操作的目标文件描述符（socket、普通文件等）。

  • event：指向 struct epoll_event 的指针，描述关心的事件及用户数据。

    struct epoll_event {
        uint32_t     events;   // 事件掩码（EPOLLIN, EPOLLOUT, EPOLLET...）
        epoll_data_t data;     // 用户数据（通常存 fd 或指针）
    };
    typedef union epoll_data {
        void    *ptr;
        int      fd;
        uint32_t u32;
        uint64_t u64;
    } epoll_data_t;

    常用事件标志：

    宏	含义
    EPOLLIN	可读事件（含对端关闭）
    EPOLLOUT	可写事件
    EPOLLRDHUP	对端关闭连接（需内核 2.6.17+）
    EPOLLET	边缘触发模式（默认水平触发）
    EPOLLONESHOT	事件触发一次后自动禁用，需再次重新注册
    EPOLLERR	错误事件（自动监听，无需显式设置）
    EPOLLHUP	挂断事件（自动监听）

• 返回值 ：成功返回 0；失败返回 -1 并设置 errno（如 EBADF、EEXIST、ENOENT 等）。

(3) epoll_wait

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);

• 作用：等待 epoll 实例上的事件，返回就绪的事件列表。

• 参数：

  • epfd：epoll 实例描述符。

  • events：输出参数，指向一个 epoll_event 数组，由内核填充就绪的事件。

  • maxevents：events 数组的大小（最多返回多少个事件）。

  • timeout：超时时间（毫秒）。

    • -1：阻塞直到有事件。

    • 0：立即返回（非阻塞轮询）。

    • >0：等待指定毫秒数。

• 返回值：

  • 成功：返回就绪的文件描述符个数（0 表示超时）。

  • 失败：返回 -1 并设置 errno（如 EBADF、EINTR 等）。

水平触发（LT）与边缘触发（ET）的区别

模式	行为	适用场景	注意事项
LT（默认）	只要 fd 还有未处理的数据（如缓冲区非空），每次 epoll_wait 都会返回该 fd。	简单、安全，适合初学者和传统模型。	效率略低于 ET，但不易出错。
ET	仅在 fd 状态发生变化（从无数据变为有数据，或缓冲区从满变为有空闲）时返回一次。	高性能服务，需配合非阻塞 IO 使用。	必须循环读写直到返回 EAGAIN，否则会丢失事件。

源码

#include <iostream>
#include <sys/epoll.h>
#include <unistd.h>
#include <cerrno>
#include <cstring>

int main()
{
    int epfd = epoll_create1(0);
    if (epfd == -1) {
        perror("epoll_create1");
        return 1;
    }

    struct epoll_event ev;
    ev.events = EPOLLIN;
    ev.data.fd = STDIN_FILENO;

    if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, STDIN_FILENO, &ev) == -1) {
        perror("epoll_ctl");
        close(epfd);
        return 1;
    }

    struct epoll_event events[1];
    std::cout << "epoll on stdin (type something and press Enter, or wait 5s for timeout)..." << std::endl;

    while (true) {
        int nfds = epoll_wait(epfd, events, 1, 5000);
        if (nfds == -1) {
            perror("epoll_wait");
            break;
        }
        if (nfds == 0) {
            std::cout << "Timeout: no data within 5s, polling again..." << std::endl;
            continue;
        }

        if (events[0].events & EPOLLIN) {
            char buf[1024];
            ssize_t n = read(STDIN_FILENO, buf, sizeof(buf) - 1);
            if (n == -1) {
                perror("read");
                break;
            }
            if (n == 0) {
                std::cout << "EOF reached, exiting." << std::endl;
                break;
            }
            buf[n] = '\0';
            std::cout << "Read: " << buf;
        }

        if (events[0].events & (EPOLLERR | EPOLLHUP)) {
            std::cerr << "epoll error/hangup on stdin" << std::endl;
            break;
        }
    }

    close(epfd);
    return 0;
}

结果为：

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