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day08（网络编程基础）Linux IO 模型（IO多路复用）

时间：2024-09-10 22:25:24浏览次数：13  
标签：day08 int 描述符 FD IO Linux sockfd include buf

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场景假设

select

特点

编程步骤

练习

练习一：输入鼠标的时候， 响应鼠标事件， 输入键盘的时候， 响应键盘事件 (两路IO)

练习二：用select创建并发服务器，可以同时连接多个客户端 （0，sockfd）（12min）

练习三：用select创建并发服务器，可以与多个客户端进行通信（监听键盘、socket、多个acceptfd）

超时检测

概念

必要性

poll

特点

编程步骤

函数接口

练习

练习一：输入键盘事件，响应键盘事件，输入鼠标事件，响应鼠标事件（两路IO）

练习二：使用poll实现client的收发功能

场景假设

假设妈妈有三个孩子，分别不同的房间里睡觉，需要及时获知每个孩子是否醒了，如何做？

  1. 一直在一个房间呆着：看不到其他两个孩子
  2. 每个房间不停的看：可以但是超级无敌累
  3. 听孩子哭不哭：不可行，因为只有一个信号，分辨不出来哪个孩子哭
  4. 妈妈在客厅呆着睡觉，孩子醒了之后会自己出来告诉妈妈醒了：既可以休息，也可以及时的获取还是是否醒了
  • 应用程序中同时处理多路输入输出流，若采用阻塞模式，得不到预期的目的；
    • 若采用非阻塞模式，对多个输入进行轮询，但又太浪费CPU时间；
    • 若设置多个进程/线程，分别处理一条数据通路，将新产生进程/线程间的同步与通信问题，使程序变得更加复杂；

● 比较好的方法是使用I/O多路复用技术。其（select）基本思想是：

○ 先构造一张有关描述符的表（最大1024），然后调用一个函数。

○ 当这些文件描述符中的一个或多个已准备好进行I/O时函数才返回。

○ 函数返回时告诉进程哪个描述符已就绪，可以进行I/O操作。

select

特点

  1. 一个进程最多可以监听1024个文件描述符
  2. select每次被唤醒之后，要重新轮询表，效率低
  3. select每次都会清空未发生响应的文件描述符，每次都要经过用户空间拷贝内核空间，效率低，开销大

编程步骤

  1. 构造一张关于文件描述符的表
  2. 清空表 FD_ZERO
  3. 将关心的文件描述符添加到表中 FD_SET
  4. 调用select函数，监听 select
  5. 判断到底是哪一个或者是哪些文件描述符发生了事件 FD_ISSET
  6. 做对应的逻辑处理

函数接口

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,
           fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
功能：
	实现IO的多路复用
参数：
	nfds：关注的最大的文件描述符+1
    readfds：关注的读表
	writefds：关注的写表 
	exceptfds：关注的异常表
	timeout：超时的设置
		NULL：一直阻塞，直到有文件描述符就绪或出错
		时间值为0：仅仅检测文件描述符集的状态，然后立即返回
		时间值不为0：在指定时间内，如果没有事件发生，则超时返回0，并清空设置的时间值

struct timeval {
    long tv_sec;		/* 秒 */
    long tv_usec;	/* 微秒 = 10^-6秒 */
};

返回值：
	成功：准备好的文件描述符的个数
	失败：-1 
	0：超时检测时间到并且没有文件描述符准备好	

注意：
	select返回后，关注列表中只存在准备好的文件描述符
操作表：
void FD_CLR(int fd, fd_set *set); //清除集合中的fd位
void FD_SET(int fd, fd_set *set);//将fd放入关注列表中
int  FD_ISSET(int fd, fd_set *set);//判断fd是否在集合中  是--》1   不是---》0
void FD_ZERO(fd_set *set);//清空关注列表

练习

练习一：输入鼠标的时候， 响应鼠标事件， 输入键盘的时候， 响应键盘事件 (两路IO)
#include <stdio.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    char buf[128] = {0};
    int fd = open("/dev/input/mouse0", O_RDONLY);
    if (fd < 0)
    {
        perror("open err");
        return -1;
    }
    // 1.构造一张关于文件描述符的表
    fd_set rfds;
    while (1)
    {
        // 2.清空表 FD_ZERO
        FD_ZERO(&rfds);
        // 3.将关心的文件描述符添加到表中 FD_SET
        FD_SET(fd, &rfds); // 鼠标
        FD_SET(0, &rfds);  // 键盘

        // 4.调用select函数，监听 select
        int ret = select(fd + 1, &rfds, NULL, NULL, NULL);
        if (ret < 0)
        {
            perror("select err");
            return -1;
        }
        // 5.判断到底是哪一个或者是哪些文件描述符发生了事件 FD_ISSET
        if (FD_ISSET(0, &rfds))
        {
            // 6.做对应的逻辑处理
            fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
            printf("keybroad:%s\n", buf);
        }
        if (FD_ISSET(fd, &rfds))
        {
            read(fd, buf, sizeof(buf));
            printf("mouse:%s\n", buf);
        }
        memset(buf, 0, sizeof(buf));
    }
    close(fd);

    return 0;
}
练习二：用select创建并发服务器，可以同时连接多个客户端 （0，sockfd）（12min）

循环服务器：一个客户端可以连接多个客户端，但是不能同时

并发服务器：一个服务器可以同时处理多个客户端的请求

#include <stdio.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    char buf[128] = {0};
    int acceptfd, ret;
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd < 0)
    {
        perror("socket err");
        return -1;
    }
    printf("sockfd:%d\n", sockfd); // 3
    // 2.指定网络信息---------------------------》有号码
    struct sockaddr_in saddr, caddr;
    saddr.sin_family = AF_INET;            // IPV4
    saddr.sin_port = htons(atoi(argv[1])); // 端口号
    // saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.50.13"); // 虚拟机IP
    // saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("0.0.0.0");
    saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    int len = sizeof(caddr);
    // 3.绑定套接字（bind）------------------》绑定手机（插卡）
    if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr)) < 0)
    {
        perror("bind err");
        return -1;
    }
    printf("bind ok\n");
    // 4.监听套接字（listen）-----------------》待机
    if (listen(sockfd, 6) < 0)
    {
        perror("listen err");
        return -1;
    }
    printf("listen ok\n");
    // 1.构造一张关于文件描述符的表
    fd_set rfds, tempfds;
    int maxfd; // 保存最大的文件描述符
    // 2.清空表 FD_ZERO
    FD_ZERO(&rfds);
    FD_ZERO(&tempfds);
    // 3.将关心的文件描述符添加到表中 FD_SET
    FD_SET(sockfd, &rfds); // sockfd
    FD_SET(0, &rfds);      // 键盘
    while (1)
    {
        maxfd = sockfd;
        //将原来的表,复制给新表(备份表)
        tempfds = rfds;
        // 4.调用select函数，监听 select
        ret = select(maxfd + 1, &tempfds, NULL, NULL, NULL);
        if (ret < 0)
        {
            perror("select err");
            return -1;
        }
        // 5.判断到底是哪一个或者是哪些文件描述符发生了事件 FD_ISSET
        if (FD_ISSET(0, &tempfds))
        {
            // 6.做对应的逻辑处理
            fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
            printf("keybroad:%s\n", buf);
        }
        if (FD_ISSET(sockfd, &tempfds))
        {
            acceptfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&caddr, &len);
            if (acceptfd < 0)
            {
                perror("accept err");
                return -1;
            }
            printf("port:%d ip:%s\n", ntohs(caddr.sin_port), inet_ntoa(caddr.sin_addr));
            printf("acceptfd:%d\n", acceptfd);
        }
        memset(buf, 0, sizeof(buf));
    }
    close(sockfd);

    return 0;
}

练习三：用select创建并发服务器，可以与多个客户端进行通信（监听键盘、socket、多个acceptfd）
#include <stdio.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    char buf[128] = {0};
    int acceptfd, ret;
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd < 0)
    {
        perror("socket err");
        return -1;
    }
    printf("sockfd:%d\n", sockfd); // 3
    // 2.指定网络信息---------------------------》有号码
    struct sockaddr_in saddr, caddr;
    saddr.sin_family = AF_INET;            // IPV4
    saddr.sin_port = htons(atoi(argv[1])); // 端口号
    // saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.50.13"); // 虚拟机IP
    // saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("0.0.0.0");
    saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    int len = sizeof(caddr);
    // 3.绑定套接字（bind）------------------》绑定手机（插卡）
    if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr)) < 0)
    {
        perror("bind err");
        return -1;
    }
    printf("bind ok\n");
    // 4.监听套接字（listen）-----------------》待机
    if (listen(sockfd, 6) < 0)
    {
        perror("listen err");
        return -1;
    }
    printf("listen ok\n");
    // 1.构造一张关于文件描述符的表
    fd_set rfds, tempfds;
    int maxfd; // 保存最大的文件描述符
    // 2.清空表 FD_ZERO
    FD_ZERO(&rfds);
    FD_ZERO(&tempfds);
    // 3.将关心的文件描述符添加到表中 FD_SET
    FD_SET(sockfd, &rfds); // sockfd
    FD_SET(0, &rfds);      // 键盘
    maxfd = sockfd;
    while (1)
    {
        // 将原来的表,复制给新表(备份表)
        tempfds = rfds;
        // 4.调用select函数，监听 select
        ret = select(maxfd + 1, &tempfds, NULL, NULL, NULL);
        if (ret < 0)
        {
            perror("select err");
            return -1;
        }
        // 5.判断到底是哪一个或者是哪些文件描述符发生了事件 FD_ISSET
        if (FD_ISSET(0, &tempfds))
        {
            // 6.做对应的逻辑处理
            fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
            printf("keybroad:%s\n", buf);
        }
        if (FD_ISSET(sockfd, &tempfds))
        {
            acceptfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&caddr, &len);
            if (acceptfd < 0)
            {
                perror("accept err");
                return -1;
            }
            printf("port:%d ip:%s\n", ntohs(caddr.sin_port), inet_ntoa(caddr.sin_addr));
            printf("acceptfd:%d\n", acceptfd);
            // 将用于通信的文件描述符放到表中
            FD_SET(acceptfd, &rfds);
            if (acceptfd > maxfd)
                maxfd = acceptfd;
            // 4 5 6 7 8 9
        }
        for (int i = sockfd + 1; i <= maxfd; i++)
        {
            if (FD_ISSET(i, &tempfds))
            {
                ret = recv(i, buf, sizeof(buf), 0);
                if (ret < 0)
                {
                    perror("recv err");
                    break;
                }
                else if (ret == 0)
                {
                    printf("client exit\n");
                    close(i);         // 关闭对应的用于通信的文件描述符
                    FD_CLR(i, &rfds); // 将文件描述符从原表中删除
                    //4 5 6    
                    while (!FD_ISSET(maxfd, &rfds))
                        maxfd--;
                }
                else
                {
                    printf("buf:%s\n", buf);
                }
            }
        }
        memset(buf, 0, sizeof(buf));
    }
    close(sockfd);

    return 0;
}

超时检测

概念

什么是网络超时检测呢，比如某些设备的规定，发送请求数据后，如果多长时间后没有收到来自设备的回复，那么需要做出一些特殊的处理

比如: 链接wifi的时候，等了好长时间也没有连接上，此时系统会发送一个消息： 网络连接失败；

必要性

1. 避免进程在没有数据时无限制的阻塞;

2. 规定时间未完成语句应有的功能,则会执行相关功能;

poll

特点

  1. 优化了文件描述符的限制
  2. poll每次唤醒之后，需要重新轮询，效率低，耗费CPU
  3. poll不需要构造文件描述符的表，采用结构体数组，每次调用也要经过用户空间到内核空间的拷贝

编程步骤

  1. 创建结构体数组
  2. 将关心的文件描述符添加到数组中，并赋予事件
  3. 保存数组内最后一个有效元素的下标
  4. 调用poll函数，监听
  5. 判断结构体内文件描述符实际触发的事件
  6. 根据不同文件描述符触发的不同事件做对应的逻辑处理

函数接口

int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);
功能: 监视并等待多个文件描述符的属性变化
参数：
	  1.struct pollfd *fds:   关心的文件描述符数组,大小自己定义
   若想检测的文件描述符较多,则建 立结构体数组struct pollfd fds[N]; 
           struct pollfd{
	                  int fd;	 //文件描述符
	             short events;//等待的事件触发条件----POLLIN读时间触发
	             short revents;	//实际发生的事件(未产生事件: 0 ))
                            }
	    2.   nfds:    最大文件描述符个数
	    3.  timeout： 超时检测 (毫秒级)：1000 == 1s      
                    如果-1，阻塞          如果0,不阻塞
返回值：  <0 出错		>0 表示有事件产生;
              如果设置了超时检测时间：&tv	   ==0 表示超时时间已到;

练习

练习一：输入键盘事件，响应键盘事件，输入鼠标事件，响应鼠标事件（两路IO）
#include <stdio.h>
#include <poll.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    int ret;
    char buf[128] = {0};
    int fd = open("/dev/input/mouse0", O_RDONLY);
    if (fd < 0)
    {
        perror("open err");
        return -1;
    }
    // 1.创建结构体数组
    struct pollfd fds[2];
    // 2.将关心的文件描述符添加到数组中，并赋予事件
    fds[0].fd = 0;          // 键盘
    fds[0].events = POLLIN; // 想要发生的事件
    // fds[0].revents=;//实际发生的事件

    fds[1].fd = fd;
    fds[1].events = POLLIN;
    // 3.保存数组内最后一个有效元素的下标
    int last = 1;
    // 4.调用poll函数，监听
    while (1)
    {

        ret = poll(fds, last + 1, 2000);
        if (ret < 0)
        {
            perror("poll err");
            return -1;
        }
        else if (ret == 0)
        {
            printf("time out\n");
        }
        // 5.判断结构体内文件描述符实际触发的事件
        if (fds[0].revents == POLLIN)
        {
            // 6.根据不同文件描述符触发的不同事件做对应的逻辑处理
            fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
            printf("keybroad:%s\n", buf);
        }
        if (fds[1].revents == POLLIN)
        {
            read(fd, buf, sizeof(buf));
            printf("mouse:%s\n", buf);
        }
        memset(buf, 0, sizeof(buf));
    }

    close(fd);

    return 0;
}

练习二：使用poll实现client的收发功能
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <poll.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd < 0)
    {
        perror("socket is err:");
        return -1;
    }

    struct sockaddr_in saddr;
    saddr.sin_family = AF_INET;
    saddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
    saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);

    if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr)) < 0)
    {
        perror("connect is err:");
        return -1;
    }

    // 1.创建结构体数组
    struct pollfd fds[100];

    // 2.将关心的文件描述符以及属性添加到数组内
    fds[0].fd = 0;
    fds[0].events = POLLIN;

    fds[1].fd = sockfd;
    fds[1].events = POLLIN;

    // 3.保存以下数组的有效下标
    int nfds = 1;

    while (1)
    {
        // 4.poll轮训检测
        int ret = poll(fds, nfds + 1, -1);
        if (ret < 0)
        {
            perror("poll is err:");
            return -1;
        }
        char buf[128]={0};
        // 5.处理发生事件的文件描述符相关逻辑代码
        if (fds[0].revents == POLLIN)
        {

            fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
            if (buf[strlen(buf) - 1] == '\n')
                buf[strlen(buf) - 1] = '\0';
            // send 写阻塞 ： 当发送缓存区满， 写不进去的时候， 写才会阻塞
            send(sockfd, buf, sizeof(buf), 0);
        }
        if (fds[1].revents == POLLIN)
        {
            // recv 读阻塞：  当接受缓存区空， 读才会阻塞
            int recvbyte = recv(sockfd, buf, sizeof(buf), 0);
            if (recvbyte < 0)
            {
                perror("recv is err:");
                return -1;
            }
            else
            {
                printf("%s\n", buf);
            }
        }
    }

    close(sockfd);
    return 0;
}

标签：day08,int,描述符,FD,IO,Linux,sockfd,include,buf
From： https://blog.csdn.net/QR70892/article/details/142072517

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