cpp网络编程基础（四）
IO多路复用模型
IO多路复用就是用一个线程/进程处理多个TCP以减少系统开销。
IO多路复用模型有三种：select(1024)，poll(数千)，epoll(百万)。
重点概念：
-
网络通讯的读事件：
- 已连接的队列中已经有准备好的socket(有新的客户端连接上来)
- 接收缓存中有数据可以读（对端发送的报文已到达）
- tcp连接已断开（对端调用close()函数关闭了连接）
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网络通讯的写事件：
发送缓冲区没有满，可以写入数据（可以向对端发送报文）
1. select模型
1 | //select模型需要调用select函数 |
select():允许程序同时监视多个文件描述符，检测他们的变化（如数据可读可写），从而高效的管理多个I/O操作，而不需要单独为每个操作创建独立的线程或进程，同时也支持非阻塞IO。
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fd_set:这个结构体是用来存储链接的集合，本质是一个32位的整形数组，所以共有$4832=1024$bitmap位其中提供了四个宏来操作位图：
void FD_CLR(int fd,fd_set *set):将对应socket从位图中删除int FD_ISSET(int fd,fd_set *set):判断socket是否在位图中，如果不在返回0，如果在返回大于0的值void FD_SET(int fd,fd_set *set):将socket加入到对应位图中FD_ZERO(fd_set* set):初始化位图，将其中1024个位置都置为0
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3fd_set readfds; //需要监视的读事件的socket集合，大小为16字节（1024位）的bitmap
FD_ZERO(&readfds); //初始化readfds
FD_SET(listensock,&readfds);//把服务端监听的socket加入bitmap -
timeval:是超时时间的结构体：成员有：
tv_sec和tv_usec分别是超时的秒和微秒1
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3struct timeval timeout;
timeout.tv_sec = 10;//秒
timeout.tv_usec = 0;//微秒 -
fds:实际操作的bitmap的大小+1，告诉要操作的bitmap -
readfds：需要监视的读的bitmap -
writefds：需要监视的写的bitmap -
exceptfds：需要监视的异常的bitmap，select也可以监视普通IO,在监视普通IO时多用网络编程中不常用。 -
timeout：超时时间阈值设置- 如果为NULL，那么select会无限等待直到至少有一个文件描述符就绪
- 如果两个参数都设置为0，select会立即返回用于轮询
- 设置具体时间后，在这段时间内select会等待文件描述符就绪，时间结束会返回超时报错。
使用：
1 | int maxfd = listensock;//获取readfds中实际的最大值 |
select返回值：
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如果是小于零则调用失败
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如果是等于0则是超时
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如果成功调用则是返回成功发生事件的个数
具体使用：
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36for (int eventfd=0;eventfd<=maxfd;eventfd++){//循环遍历bitmap
if(FD_ISSET(eventfd,&tmpfds)==0)continue;//如果当前位置为0则没任何事件
//如果是listen发生了事件则是说明有客户端连接上来了（已经有准备好的socket）
if(eventfd == listensock){
struct sockaddr_in client;
socklen_t len =sizof(client);
int clientsock = accept(listensock,(struct sockaddr*)&client,&len);
if(listensock < 0){
perror("accept() faild");
continue;
}
std::cout << "accept client(socket ="<< clientsock<<") ok"<<std::endl;
FD_SET(clientsock,&readfds); //把新连接上来的客户端标志位设置为1
if(maxfd < clientsock) maxfd = clientsock;//更新maxfd
}else{//如果是客户端连接上的socket有事件，表示接收缓存中有数据可以读，或者有客户端断开连接
char buffer[1024];
memset(buffer,0,sizeof(buffer));
if(recv(eventfd,buffer,sizeof(buffer),0)<=0){
std::cout << "client(eventfd = "<< eventfd<<")disconnected"<<std::endl;
close(eventfd);
FD_CLR(eventfd,&readfds);
if(eventfd == maxfd)
for(int ii =maxfd;ii>0;ii--)
if(FD_ISSET(ii,&readfds)){
maxfd = ii;
break;
}
}else{
//如果有报文发送过来
std::cout << "recv(eventfd="<< eventfd<<"):"<<buffer<<std::endl;
send(eventfd,buffer,strlen(buffer),0);//暂时把报文发送回去
}
}
} -
select-写事件：
- 如果tcp发送缓存区没有满，那么，socket连接是可写的。
- 一般来说，发送缓冲区不容易被填满。
- 如果发送数据量太大，或者网络带宽不够，发送缓冲区有填满的可能性。
- 综上所述，一般业务中不需要关心监听写事件
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select-水平触发：
select()监视的socket如果发生了事件，select()会返回（通知应用程序处理事件）。- 如果事件没有被处理，再次调用
select()的时候会立即再通知。
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select-压力测试：大概可以处理12w个事务
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select-存在的问题：
- 采用轮询方式扫描bitmap，性能会随着socket数量增多而下降
- 每次调用
select()，需要拷贝bitmap - bitmap的大小（单个进程/线程打开的socket数量）由
FD_SETSIZE宏设置，默认是1024个，可以修改，但是效率将更低。
2. poll模型
poll模型大体与select有些相似，再poll模型中要使用pollfd来存放需要监视的socket
1 | pollfd fds[1024]; |
poll的具体使用
1 | int poll(struct pollfd* nfds,nfds_t,int timeout); |
nfds：结构体数组地址nfds_t：结构体最大数+1timeout：超时时间（ms）
具体代码：
1 | //初始化服务器监听端口获取listensock |
- poll模型缺点：
- 在程序中，poll的数据结构是数组，传入内核后转换成了链表
- 每调用一次
select()需要拷贝两次bitmap，poll拷贝一次结构体数组 - poll监视没有1024的显示，但是同样是遍历的方式，所以依旧是监视的socket越多，效率越低
3. epoll模型
epoll模型解决了上面两个模型的痛点，再效率方面有了极大提升，根据以下介绍顺序逐步解释并且使用epoll
epoll的使用：
1 | int epoll_create(); //创建epoll句柄 |
epoll_create()在linux2.6.8版本之前有一个int size的参数，在此之后就没有了被忽略掉了，填任意大于0的数即可
epoll的数据结构epoll_event:
1 | struct epoll_event{ |
epoll_event的使用:
1 | //为服务端的listensock准备可读事件 |
epoll_ctl的使用
1 | int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);//epoll_ctl定义 |
epfd:为创建的epoll句柄op：为操作类型：EPOLL_CTL_ADD：添加EPOLL_CTL_DEL：删除EPOLL_CTL_MOD：修改
fd：需要操作的目标文件符event：需要监控的事件类型
最后声明一组epoll_events来接收返回事件：
1 | epoll_event evs[10];//存放epoll返回的事件 |
后续使用如下：
1 | while(true){ |
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