《UNIX环境网络编程》读书笔记之I/O复用

1.I/O复用使用在下列网络应用场合:

a.当客户处理多个描述符(通常是交互式输入和网络套接字)时,必须使用I/O复用。

b.如果一个TCP服务器既要处理监听套接字,又要处理已连接套接字,一般就要使用I/O复用。

c.如果一个服务器既要处理TCP,又要处理UDP,就要用到I/O复用

d.如果一个服务器要处理多个服务或多个协议,一般就要使用I/O复用。

2.I/O模型

UNIX有5种可用的I/O模型:(1)阻塞式I/O。(2)非阻塞式I/O。(3)I/O复用(select/poll)。(4)信号驱动式I/O(SIGIO)。(5)异步I/O。

(1)阻塞式I/O

采用阻塞式I/O模型时,默认情况下,所有的套接字都是阻塞的。以数据报套接字为例子,我们有如下情形:

进程调用recvfrom系统调用,直到数据准备好后才结束阻塞。

(2)非阻塞式I/O

进程可以把一个套接字设置成非阻塞。当套接字被设置成非阻塞式时,当I/O阻塞时,进程不进入睡眠状态,而是直接返回一个错误。具体情形如下:

当进程采用非阻塞式I/O时,进程需要持续地轮询内核,查看某个操作有没有准备好。这种模型会占用大量的CPU资源,但也会偶尔用到。

(3)I/O复用模型

有了I/O复用,我们就可以调用select或poll,阻塞在这两个系统调用中的某一个上,而不是阻塞在真正的I/O系统调用上。下图概括展示了I/O复用模型。

我们阻塞与select调用,等待监听的任一数据报套接字变为可读。当select返回套接字可读这一条件时,我们调用recvfrom把所有数据报复制到应用进程缓冲区。

(4)信号驱动式I/O模型

我们也可以用信号,让内核在描述符就绪时发送SIGIO信号通知我们。我们称这种模型为信号驱动式I/O,下图是它的概要展示。

我们首先开启套接字的信号驱动式I/O功能,并通过sigaction系统安装一个信号处理函数。该系统调用立即返回,我们的进程继续工作,不被阻塞。当数据报准备好读取时,内核就为该进程产生一个SIGIO信号。我们随后在信号处理函数中调用recvfrom读取数据报。

(5)异步I/O模型

工作机制:告知内核启动某个操作,并让内核在整个操作完成后通知我们。这种模型与信号驱动模型的区别在于:信号驱动是I/O是由内核通知我们何时可以启动一个I/O。而异步I/O模型是由内核通知我们I/O何时完成。

(5)各种I/O模型的比较

5种I/O模型的比较如下图所示:

术语定义:

同步I/O操作:导致请求进程阻塞,知道I/O完成;

异步I/O操作:不导致请求进程阻塞。

根据定义可知,,前四种I/O模型都是同步操作,只有异步I/O模型为为异步I/O操作。

3.select函数

select允许进程指示内核等待多个事件中的任何一个发生,并只在有一个或多个事件发生或经历一段指定的时间之后才唤醒它。也就是说,我们调用select告知内核对哪个描述符(不局限于套接字)感兴趣以及等待多长时间。

例如:

select的函数原型如下:

maxfdp1参数指定待测试的描述符个数,timeout指定等待的时间。readset指定我们让内核测试读、写和异常条件的描述符。

4.poll函数

poll函数提供与select类似的功能,它的函数原型如下:

第一个参数指向一个结构数组。该数组每一个都是一个pollfd结构,用于指定测试某个给定描述符fd的条件。

要测试的成员由events指定,函数在相应的revents成员中返回该描述符的状态(每个描述符都有两个变量,一个为调用值,另一个为返回结果,从而避免值-结果参数)。下图指出了用于指定events标志以及测试revents标志的一些常值。

值不值得,真是不足为外人道,自己心里有数就行。

《UNIX环境网络编程》读书笔记之I/O复用

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