IO多路复用

IO多路转接

机制	监听方式	是否遍历所有 fd	最大监听数
select	fd_set 位图	每次遍历所有 fd，效率低	1024（受 FD_SETSIZE 限制）
epoll	事件驱动	只遍历发生事件的 fd，效率高	无固定限制

while((n = read(STDIN_FILENO, buf, BUFSIZ)) > 0)

​ if(write(STDOUT_FILENO, buf, n) != n)

​ err_sys(“wrtite error”);

需求：从两个描述符读， 可能会阻塞在一个读IO上，导致另外的描述符也不能读。也不知道到底哪个输入会得到数据

IO多路转接：构造一个感兴趣的描述符表，调用一个函数，直到其中一个描述符已经准备好，该函数才返回。 poll , select, pselect ， 返回后 进程会得知哪些描述符已经准备好。 然后就可以正确调用IO read , write

Select

函数原型

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

参数	说明
nfds	表示三个描述符集最大值加1.
readfds, writefds	表示感兴趣的 读写。 每个描述符为一位。
exceptfds	监听异常事件（如 OOB 数据）
timeout	超时控制，决定 select 阻塞时间，NULL 表示无限等待
返回值	-1表示出错，0表示描述符都没有准备好（读集合中读不会阻塞，写集合写不会阻塞),大于0为准备好的描述符个数

Fd_set操作

文件描述符集合，存储需要监听的文件描述符。

宏	作用
FD_ZERO(&set)	清空 fd_set 集合
FD_SET(fd, &set)	将 fd 添加到 fd_set
FD_CLR(fd, &set)	从 fd_set 中移除 fd
FD_ISSET(fd, &set)	检查 fd 是否在 fd_set 中（即是否准备好）

使用示例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/select.h>
 
int main() {
  fd_set read_fds;  // 可读事件监听集合
  struct timeval timeout;
  int fd = STDIN_FILENO; // 监听标准输入（键盘输入）
 
  FD_ZERO(&read_fds);   // 清空集合
  FD_SET(fd, &read_fds);  // 将标准输入加入监听集合
  
  timeout.tv_sec = 5;   // 设置超时 5 秒
  timeout.tv_usec = 0;
 
  printf("等待输入，5 秒后超时...\n");
 
  int ret = select(fd + 1, &read_fds, NULL, NULL, &timeout);
 
  if (ret == -1) {
    perror("select 出错");
    return 1;
  } else if (ret == 0) {
    printf("超时，无输入\n");
  } else {
    if (FD_ISSET(fd, &read_fds)) {
      char buffer[100];
      read(fd, buffer, sizeof(buffer));
      printf("输入内容：%s\n", buffer);
    }
  }
 
  return 0;
}

要点

1. select 会修改 fd_set，需要每次重新设置。（因为会清除未发生变化的描述符）
2. timeout每次也要重新设置
3. 最多能监听102个描述符

epoll

高效的特点：

1. 事件驱动：注册的fd，不会每次遍历所有fd。而是只关心发生变化的fd，epoll_wait也只返回有事件的fd，而不是select需要遍历
2. 支持边缘触发ETL模式：减少重复通知

用法：

1. 创建epoll实例：epoll_create1

   #include <sys/epoll.h>
   
   int epfd = epoll_create1(0);  // 推荐使用 epoll_create1
   if (epfd == -1) {
       perror("epoll_create1");
       exit(EXIT_FAILURE);
   }

2. 添加、修改、删除 fd：epoll_ctl()

   int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

   • epfd: epoll实例
   • op：操作
     • EPOLL_CTL_ADD → 添加 fd
     • EPOLL_CTL_MOD → 修改 fd监听事件
     • EPOLL_CTL_DEL → 删除fd
   • fd：要监听的文件描述符
   • event：要监听的epoll事件

   epoll_event：表示一个fd上的事件

   存储监听的事件类型和与之关联的fd

   struct epoll_event {
       uint32_t events;  // 事件类型（EPOLLIN、EPOLLOUT、EPOLLERR、EPOLLET）
       epoll_data_t data; // 存储用户数据（通常是文件描述符）
   };

   事件类型：读、写、错误、ET模式

   ET模式：只在fd发生状态改变时候通知触发。默认是LT模式

   • LT：只要fd可读/可写，每次wait都会返回该fd
   • ET:只在状态改变时候通知。

   typedef union epoll_data {
       void *ptr;
       int fd;
       uint32_t u32;
       uint64_t u64;
   } epoll_data_t;

   • ptr常指向一个数据结构体,当fd不够满足需求适合使用
   • fd存储描述符

   示例：给fd注册监听可读事件。

   struct epoll_event event;
   event.events = EPOLLIN;  // 监听可读事件
   event.data.fd = socket_fd;
   
   if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, socket_fd, &event) == -1) {
       perror("epoll_ctl: EPOLL_CTL_ADD");
       exit(EXIT_FAILURE);
   }

3. 等待事件

   int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);

   参数	作用
   epfd：	epoll 实例的文件描述符。
   events：	用于存储触发的事件。
   maxevents：	最多返回的事件数量。
   timeout：	-1 → 阻塞等待 0 → 立即返回 >0 → 等待超时时间（毫秒）
   返回值	> 0：触发的事件数量，events 数组里存有 n 个就绪的 fd； 0：超时，无事件发生； -1：错误，errno 设定错误类型。

   示例：wait返回有事件的fd的event

   比如监听了 fd 1，3，4，5 。 其中1，4有事件，那么nfds返回2. events[0].data.fd=1， events[1].data.fd=2。即返回有事件fd的event，填充进events数组

   struct epoll_event events[10];  // 存放触发的事件
   
   int nfds = epoll_wait(epfd, events, 10, -1);
   if (nfds == -1) {
       perror("epoll_wait");
       exit(EXIT_FAILURE);
   }
   
   for (int i = 0; i < nfds; i++) {
       if (events[i].events & EPOLLIN) {
           printf("fd %d 可读\n", events[i].data.fd);
       }
   }