Linux入门DAY37（IO 多路复用、TCP 并发服务器与数据库 SQLite3 详解）

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在 Linux 网络开发中，单循环服务器一次只能服务一个客户端，无法应对多客户端同时接入的场景。为了实现并发服务器，我们有多进程、多线程、IO 多路复用三类方案。其中 IO 多路复用是高性能网络开发的核心技术，Nginx、Redis 等经典开源项目底层都基于 epoll 实现。

网络数据完成交互之后，往往需要做数据持久化，嵌入式领域最常用就是轻量级文件数据库 SQLite3。本文就从 IO 多路复用开始，梳理并发服务器模型以及 SQLite 数据库全套知识点。

IO 多路复用核心思想：单个进程 / 线程，同时监控多个文件描述符，当某个 fd 可读 / 可写事件触发，再去执行对应的 IO 操作，不需要创建大量进程线程，减少资源开销。

原理：使用位图数组维护需要监听的文件描述符集合，最大监听数量受内核默认1024限制。
缺点
- 最大只能监控 1024 个文件描述符；
- 用户态和内核态之间频繁拷贝 fd 集合；
- 事件到来返回完整集合，应用程序需要循环遍历全部 fd 判断哪个就绪；
- 仅支持水平触发。
核心 API

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
//配套宏
FD_ZERO(&fds); //清空集合
FD_SET(fd, &fds); //添加fd到集合
FD_CLR(fd, &fds); //从集合删除fd
FD_ISSET(fd, &fds); //判断fd是否就绪

epoll 是 Linux 下 IO 多路复用最高效实现，Nginx、Redis 底层采用。

特点
- 使用红黑树在内核维护 fd 集合，没有 1024 数量上限；
- 内核直接返回已经就绪的事件，不需要全部遍历；
- 支持水平触发、边沿触发两种模式；
三套核心 API

//1.创建epoll实例，返回epoll文件描述符
int epoll_create(int size);

//2.对监控集合做增删改操作
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
//op: EPOLL_CTL_ADD 添加；EPOLL_CTL_MOD 修改；EPOLL_CTL_DEL 删除

//3.阻塞等待事件到来
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);

触发模式：

水平触发 LT：只要缓冲区有数据就一直通知；select/poll 默认模式。

边沿触发 ET：只有状态发生变化才通知一次，读写必须一次性读完缓冲区所有数据，性能更高。

单循环 TCP 服务器：同一时间只能处理一个客户端连接，客户端处理完成之后才能接待下一个。并发服务器：同时服务多个客户端，有三种主流实现方式。

流程：主线程循环accept得到客户端 connfd，调用pthread_create创建子线程处理客户端 IO；设置线程分离属性pthread_detach，线程结束操作系统自动回收资源。
优缺点 ✅ 线程开销远小于进程，创建速度快； ❌ 线程共享进程资源，一个线程崩溃会造成整个进程退出；多线程需要处理互斥锁同步。

流程： 1）创建 socket、bind、listen； 2）创建 epoll，把监听套接字sockfd加入 epoll 监听集合； 3）循环执行epoll_wait等待事件； 4）如果是监听套接字就绪，调用 accept 获取新客户端 fd，加入 epoll； 5）如果是客户端 connfd 就绪，执行 recv/send 完成数据收发。
优缺点 ✅ 单进程即可实现高并发，资源消耗极低；工业高性能服务器主流； ❌ 编码逻辑相对复杂，只支持 Linux 平台。

UDP 本身天然并发，不需要上述模型。

普通文件：直接读写文件，增删改查逻辑全部由程序员自己实现，大数据量效率低下。
数据库：专门用于数据管理，高效完成增删改查。
- 关系型数据库：Oracle、MySQL、SQLite（二维表格）
- 非关系型数据库：Redis、MongoDB（键值存储）
SQLite3 特点（嵌入式首选）

复制代码

sudo apt install sqlite3
sudo apt install libsqlite3-dev
#可视化工具
sudo apt install sqlitebrowser

复制代码

#打开数据库文件
sqlite3 test.db
.tables              #查看全部表
.headers on          #打开表头
.mode column         #对齐输出
.quit                #退出

SQL 语句（大小写不敏感）

创建表

CREATE TABLE class1(id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT, name TEXT, score REAL);
插入数据

insert into class1(name,score) values("zhangsan",88);
查询

select * from class1;
select * from class1 where score>60 order by score desc;
修改

update class1 set score=90 where name="zhangsan";
删除

delete from class1 where id=2;
drop table class1;

数据类型：INTEGER整型、REAL浮点、TEXT字符串、BLOB二进制。

sqlite3_open()：打开数据库文件，获取数据库句柄
sqlite3_errmsg()：获取错误提示字符串
sqlite3_exec()：执行 SQL 语句。
- 参数包含回调函数：执行 select 查询的时候，每读到一行数据就调用一次回调函数；
- 回调函数参数：列数量、每列值、表头名称；回调必须返回 0。
预处理接口 sqlite3_prepare_v2 / sqlite3_bind_text / sqlite3_step / sqlite3_finalize：适合带变量插入查询，防止 SQL 注入，词典项目就是使用这套 API。
sqlite3_close()：关闭数据库句柄。

编译要点：gcc 编译时必须链接库 -lsqlite3。

IO 多路复用解决单进程处理多路 IO 的问题，select受限于 1024，poll解除数量上限，epoll是 Linux 高性能首选，支持水平触发、边沿触发。
TCP 并发服务器实现方案对比：
- 多进程：稳定性高，资源开销大；
- 多线程：开销中等，共享内存有线程安全风险；
- epoll IO 多路复用：单进程高并发，Nginx/Redis 采用。
SQLite3 是嵌入式轻量文件数据库，掌握命令行 SQL 语句和 C 语言两套 API，可实现数据持久化存储；编译链接‑lsqlite3。
工程中词典导入数据库作业，就是使用sqlite3_prepare_v2预处理接口读取文本文件批量插入，再接收终端输入做数据库查询。