Linux I/O多路复用详解及实例
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2020-09-15
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Linux I/O多路复用详解及实例多路复用详解及实例
主要介绍了Linux I/O多路复用详解及实例的相关资料,并附实例代码，需要的朋友可以参考下
Linux I/O多路复用多路复用
Linux中一切皆文件，不论是我们存储在磁盘上的字符文件，可执行文件还是我们的接入电脑的I/O设备等都被VFS抽象成了文
件，比如标准输入设备默认是键盘，我们在操作标准输入设备的时候，其实操作的是默认打开的一个文件描述符是0的文件，
而一切软件操作硬件都需要通过OS，而OS操作一切硬件都需要相应的驱动程序，这个驱动程序里配置了这个硬件的相应配置
和使用方法。Linux的I/O分为阻塞I/O,非阻塞I/O,I/O多路复用,信号驱动I/O四种。对于I/O设备的驱动，一般都会提供关于阻塞
和非阻塞两种配置。我们最常见的I/O设备之一--键盘(标准输入设备)的驱动程序默认是阻塞的。
多路复用就是为了使进程能够从多个阻塞I/O中获得自己想要的数据并继续执行接下来的任务。其主要的思路就是同时监视多同时监视多
个文件描述符，如果有文件描述符的设定状态的被触发，就继续执行进程，如果没有任何一个文件描述符的设定状态被触发，个文件描述符，如果有文件描述符的设定状态的被触发，就继续执行进程，如果没有任何一个文件描述符的设定状态被触发，
进程进入进程进入sleep
多路复用的一个主要用途就是实现"I/O多路复用并发服务器"，和多线程并发或者多进程并发相比，这种服务器的系统开销更
低，更适合做web服务器。
阻塞阻塞I/O
阻塞I/O，就是当进程试图访问这个I/O设备而这个设备并没有准备好的时候，设备的驱动程序会通过内核让这个试图访问的进
程进入sleep状态。阻塞I/O的一个好处就是可以大大的节约CPU时间，因为一旦一个进程试图访问一个没有准备好的阻塞
I/O，就会进入sleep状态，而进入sleep状态的进程是不在内核的进程调度链表中，直到目标I/O准备好了将其唤醒并加入调度
链表，这样就可以节约CPU时间。当然阻塞I/O也有其固有的缺点，如果进程试图访问一个阻塞I/O，但是否访问成功并不对接
下来的任务有决定性影响，那么直接使其进入sleep状态显然会延误其任务的完成。
典型的默认阻塞IO有标准输入设备，socket设备，管道设备等，当我们使用gets(),scanf(),read()等操作请求这些IO时而IO并没
有数据流入，就会造成进程的sleep。
假设一个进程希望通过三个管道中任意一个中读取数据并显示，伪代码如下
read(pipe_0,buf,sizeof(buf)); //sleep
print buf;
read(pipe_1,buf,sizeof(buf));
print buf;
read(pipe_2,buf,sizeof(buf));
print buf;
由于管道是阻塞I/O，所以如果pipe_0没有数据流入，进程就是在第一个read()处进入sleep状态而即使pipe_1和pipe_2有数据
流入也不会被读取。
如果我们使用下述代码重新设置管道的阻塞属性，显然，如果三个管道都没有数据流入，那么进程就无法获得请求的数据而继
续执行，倘若这些数据很重要(所以我们才要用阻塞I/O)，那结果就会十分的糟糕，改为轮询却又大量的占据CPU时间。
int fl = fcntl(pipe_fd, F_GETFL);
fcntl(pipe_fd, F_SETFL, fl | O_NONBLOCK);
如何让进程同时监视三个管道，其中一个有数据就继续执行而不会sleep，如果全部没有数据流入再sleep，就是多路复用技术
需要解决的问题。
非阻塞非阻塞I/O
非阻塞I/O就是当一个进程试图访问一个I/O设备的时候，无论是否从中获取了请求的数据都会返回并继续执行接下来的任务。
，但非常适合请求是否成功对接下来的任务影响不大的I/O请求。但如果访问一个非阻塞I/O，但这个请求如果失败对进程接下
来的任务有致命影响，最粗暴的就是使用while(1)｛read()｝轮询。显然，这种方式会占用大量的CPU时间。
select机制机制
select是一种非常"古老"的同步I/O接口，但是提供了一种很好的I/O多路复用的思路
模型
fd_set //创建fd_set对象，将来从中增减需要监视的fd
FD_ZERO() //清空fd_set对象
FD_SET() //将一个fd加入fd_set对象中
select() //监视fd_set对象中的文件描述符
pselect() //先设定信号屏蔽，再监视
FD_ISSET() //测试fd是否属于fd_set对象
FD_CLR() //从fd_set对象中删除fd
Note:
select的第一个参数nfds是指集合中的最大的文件描述符+1，因为select会无差别遍历整个文件描述符表直到找到目标，而文
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