《UNIX環境網路程式設計》讀書筆記之I O復用

1.i/o復用使用在下列網路應用場合：

a.當客戶處理多個描述符（通常是互動式輸入和網路套接字）時，必須使用i/o復用。

b.如果乙個tcp伺服器既要處理監聽套接字，又要處理已連線套接字，一般就要使用i/o復用。

c.如果乙個伺服器既要處理tcp，又要處理udp，就要用到i/o復用

d.如果乙個伺服器要處理多個服務或多個協議，一般就要使用i/o復用。

2.i/o模型

unix有5種可用的i/o模型：（1）阻塞式i/o。（2）非阻塞式i/o。（3）i/o復用（select/poll）。（4）訊號驅動式i/o（sigio）。（5）非同步i/o。

（1）阻塞式i/o

採用阻塞式i/o模型時，預設情況下，所有的套接字都是阻塞的。以資料報套接字為例子，我們有如下情形：

程序呼叫recvfrom系統呼叫，直到資料準備好後才結束阻塞。

（2）非阻塞式i/o

程序可以把乙個套接字設定成非阻塞。當套接字被設定成非阻塞式時，當i/o阻塞時，程序不進入睡眠狀態，而是直接返回乙個錯誤。具體情形如下：

當程序採用非阻塞式i/o時，程序需要持續地輪詢核心，檢視某個操作有沒有準備好。這種模型會占用大量的cpu資源，但也會偶爾用到。

（3）i/o復用模型

有了i/o復用，我們就可以呼叫select或poll，阻塞在這兩個系統呼叫中的某乙個上，而不是阻塞在真正的i/o系統呼叫上。下圖概括展示了i/o復用模型。

我們阻塞與select呼叫，等待監聽的任一資料報套接字變為可讀。當select返回套接字可讀這一條件時，我們呼叫recvfrom把所有資料報複製到應用程序緩衝區。

（4）訊號驅動式i/o模型

我們也可以用訊號，讓核心在描述符就緒時傳送sigio訊號通知我們。我們稱這種模型為訊號驅動式i/o，下圖是它的概要展示。

我們首先開啟套接字的訊號驅動式i/o功能，並通過sigaction系統安裝乙個訊號處理函式。該系統呼叫立即返回，我們的程序繼續工作，不被阻塞。當資料報準備好讀取時，核心就為該程序產生乙個sigio訊號。我們隨後在訊號處理函式中呼叫recvfrom讀取資料報。

（5）非同步i/o模型

工作機制：告知核心啟動某個操作，並讓核心在整個操作完成後通知我們。這種模型與訊號驅動模型的區別在於：訊號驅動是i/o是由核心通知我們何時可以啟動乙個i/o。而非同步i/o模型是由核心通知我們i/o何時完成。

（5）各種i/o模型的比較

5種i/o模型的比較如下圖所示：

術語定義：

同步i/o操作：導致請求程序阻塞，知道i/o完成；

非同步i/o操作：不導致請求程序阻塞。

根據定義可知，前四種i/o模型都是同步操作，只有非同步i/o模型為為非同步i/o操作。

3.select函式

select允許程序指示核心等待多個事件中的任何乙個發生，並只在有乙個或多個事件發生或經歷一段指定的時間之後才喚醒它。也就是說，我們呼叫select告知核心對哪個描述符（不侷限於套接字）感興趣以及等待多長時間。

例如：

select的函式原型如下：

maxfdp1引數指定待測試的描述符個數，timeout指定等待的時間。readset指定我們讓核心測試讀、寫和異常條件的描述符。

4.poll函式

poll函式提供與select類似的功能，它的函式原型如下：

第乙個引數指向乙個結構陣列。該陣列每乙個都是乙個pollfd結構，用於指定測試某個給定描述符fd的條件。

要測試的成員由events指定，函式在相應的revents成員中返回該描述符的狀態（每個描述符都有兩個變數，乙個為呼叫值，另乙個為返回結果，從而避免值-結果引數）。下圖指出了用於指定events標誌以及測試revents標誌的一些常值。