IO多路转换

淡淡的烟草味﹌ 2022-01-07 02:45 170阅读 0赞

### 1.引言 ###

当从一个文件描述符读，然后写到另一个文件描述符，可以在下列形式的循环中使用阻塞IO。

while ((n = read(STDIN_FILENO, buf,BUFSIZ)) > 0)
           if(write(STDOUT_FILENO, buf, n) != n)
                  err_sys("writeerror");

这种形式的阻塞I/O到处可见，如果必须从两（多）个描述符读，那么就可能长时间阻塞在一个描述符上，而另一个（其他）描述符虽然有很多数据却不能得到及时处理。

IO多路转接（I/O Multiplexing），先构造一张有关描述符的列表，然后调用一个函数，直到这些描述符中的一个已准备好进行I/O时，该函数才返回。在返回时，它告诉进程哪些描述符已准备好可以进行I/O。

poll、pselect、和select这三个函数使我们能够执行I/O多路转换。

### 2．select函数 ###

#include <sys/select.h>
    int select(int maxfdp1, fd_set *restrictreadfds, fd_set *restrict writefds, 
    		fd_set *restrict exceptfds,structtimeval *restrict tvptr);
                                //返回值：准备就绪的描述符数，若超时则返回0，若出错则返回-1

中间三个参数readfds、writefds和exceptfds是指向描述符集的指针。这三个描述符集说明了我们关心的可读、可写或出于异常条件的各个描述符。每个描述符集存放在一个fd\_set数据类型中。这种数据类型为每一可能的描述符保持一位，其实现可如下图所示：

![SouthEast][]

对于fd\_set的处理有4个函数:

#include <sys/select.h>
    int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);
                         //返回值：若fd在描述符集中则返回非0值，否则返回0
    void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);
    void FD_SET(int fd, fd_set *fdset);
    void FD_ZERO(fd_set *fdset);

声明了一个描述符集之后，必须用FD\_ZERO清楚其所有位，然后在其中设置我们关心的各个位。

fd_set      rset;
    int          fd;
    FD_ZERO(&rset);
    FD_SET(fd,&rset);
    FD_SET(STDIO_FILENO, &rset);

从select函数返回时，用FD\_ISSET测试该集中的一个给定为是否仍旧设置：

if（FD_ISSET（fd， &rset））{
    ……..
    }

这样就可以判定那个秒数符已经准备好读（写）。

select的第一个参数maxfdp1的意思是“最大描述符加1”。在三个描述符集中找出最大的描述符加1就是这个参数的值，这样做可以让select搜索的效率提高。

最后一个参数tvptr，指定愿意等待的时间，其结构为：

struct timeval
    {
           long        tv_sec;//等待的秒数
           long        tv_usec;//等待的微秒数
    }

有三种情况：

tvptr==NULL

永久等待。当所指定的描述符中的一个已经准备好或捕捉到一个信号则返回。如果捕捉到一个信号，则select返回-1，errno设置为EINTR。

tvptr->tv\_sec==0 &&tvptr->tv\_usec==0

完全不等待。这是得到多个描述符状态而不阻塞select函数的轮询方法。

tvptr->tv\_sec!=0 || tvptr->tv\_usec!=0

等待指定的秒数和微秒数。当指定的描述符之一已准备好，或当指定的时间值已经超时，或捕捉到信号时，函数返回。在linux下，若在该时间值尚未超过时select就返回，那么将用余留时间更新tvptr指向的结构。

举例：

#include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <fcntl.h>
    #include <sys/select.h>
    #include "apue.h"
    int main()
    {
        fd_set rfds, wfds;
        int fd, result;
        char buf[10];
        if((fd = open("tempselect", O_CREAT | O_WRONLY, S_IRUSR | S_IWUSR))< 0)
          err_sys("open tempselect error");
        FD_ZERO(&rfds);
        FD_ZERO(&wfds);
        FD_SET(fd, &rfds);
        FD_SET(STDIN_FILENO, &wfds);
        if((result = select(fd+1, &rfds, &wfds, NULL, NULL)) == -1)
          perror("select error");
         else if(result == 0)
          printf("no fd ready/n");
        else
        {
          printf("%d fd(s) ready/n", result);
          if(FD_ISSET(fd, &rfds))
               printf("fd is ready for read/n");
          if(read(fd, buf, 10) < 0)
               perror("read fd error");
          if(FD_ISSET(STDIN_FILENO, &wfds))
               printf("STDIN is ready for write/n");
        }
        exit(0);
    }
    /* 输出为：
    2 fd(s) ready
    fd is ready for read
    read fd error: Bad file descriptor
    STDIN is ready for write
    可以看到select（poll也一样）函数只负责确定read和write操作是否会被阻塞，而不进行文件访问权限检查。如果文件的创建模式为可读（O_RDONLY）的话那么就可以读取了。
    */

### 3.pselect函数 ###

#include <sys/select.h>
    int pselect(int maxfdp1, fd_set *restrictreadfds, fd_set *restrict writefds,
    fd_set *restrict exceptfds, const structtimespec *restrict tsptr,
               const sigset_t *restrictsigmask);
                  //返回值：准备就绪的描述符数，若超时则返回0，若出错则返回-1

pselect它与select的区别在于：

①pselect使用timespec结构指定超时值。timespec结构以秒和纳秒表示时间，而非秒和微秒。

②pselect的超时值被声明为const，这保证了调用pselect不会改变timespec结构。

③pselect可使用一个可选择的信号屏蔽字。在调用pselect时，以原子操作的方式安装该信号屏蔽字，在返回时恢复以前的信号屏蔽字。

### 4.poll函数 ###

#include <poll.h>
    int poll(struct pollfd fdarray[], nfds_tnfds, int timeout);
           返回值：准备就绪的描述符数，若超时返回0，若出错返回-1

与select不同，poll不是为每个状态构造一个描述符集，而是构造一个pollfd结构数组，每个数组元素指定一个描述符编号以及对其所关心的状态。

struct pollfd
    {
        int   fd;       /* file descriptor to check, or <0 toignore */
        short events;   /* events ofinterest on fd */
        short revents;  /* events thatoccurred on fd */
    };

fdarray中元素的个数由nfds说明。

pollfd结构中的events告诉内核我们队该描述符关心的是什么。应将其值设定为下表所示的值：

![SouthEast 1][]

poll函数返回时，内核设置revents成员，以说明对该描述符已经发生了什么事件。

timeout参数说明愿意等待的时间：1）timeout==-1，永久等待；2）timeout==0，不等待；3）timeout>0，等待timeout**毫秒**。注意：poll的timeout是以毫秒计的。

示例：

#include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <fcntl.h>
    #include <poll.h>
    #include "apue.h"
    int main()
    {
        int fd, result;
        char buf[10];
        struct pollfd fds[2];
        if((fd = open("tempselect", O_CREAT | O_WRONLY, S_IRUSR |S_IWUSR)) < 0)
          err_sys("open tempselect error");
        fds[0].fd = fd;
        fds[0].events = POLLIN;
        fds[1].fd = STDIN_FILENO;
        fds[1].events = POLLOUT;
        if((result = poll(fds, 2, -1)) == -1)
          perror("poll error");
        else
        {
          printf("%d fd(s) ready/n", result);
          if(fds[0].revents == POLLIN)
               printf("fd is ready for read/n");
          if(read(fd, buf, 10) < 0)
               perror("read fd error");
          if(fds[1].revents == POLLOUT)
               printf("STDIN is ready for write/n");
        }
        exit(0);
     
    }
    /*
    输出为：
    2 fd(s) ready
    fd is ready for read
    read fd error: Bad file descriptor
    STDIN is ready for write
    */

[SouthEast]: /images/20211227/af629ed74e88448eabda1018f4d71a87.png
[SouthEast 1]: /images/20211227/e4fc67f555164e6db80ab9afa220ce69.png