在UNIX/Linux下主要有4种I/O 模型:
| I/O模型 | 含义 |
|---|---|
| 阻塞I/O | 最常用 |
| 非阻塞I/O | 可防止进程阻塞在I/O操作上,需要轮询 |
| I/O 多路复用 | 允许同时对多个I/O进行控制 |
| 信号驱动I/O | 一种异步通信模型(当IO有事件的时 候,在应用程序中会收到一个信号SIGIO,可以对信号安装一个处理句柄,就可以对信号实现异步的处理)用signal函数 |

函数原型
int fcntl(int fd, int cmd, long arg);
使用实例:
int flag;
flag = fcntl(sockfd, F_GETFL, 0);
flag |= O_NONBLOCK;
fcntl(sockfd, F_SETFL, flag);
使用实例:
int b_on =1;
ioctl(sock_fd, FIONBIO, &b_on);
基本常识:linux中每个进程最多可以打开1024个文件,最多有1024个文件描述符,文件描述符特点:1.非负整数,2.从最小可用 数字来分配,3.每个进程启动时默认打开1、2、3三个文件描述符.【系统设定的】
应用程序中同时处理多路输入输出流,若采用阻塞模式,将得不到预期的目的;
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,分别处理一条数据通路,将新产生进程间的同步与通信问题,使程序变得更加复杂;
多路复用不止针对套接字fd,也针对普通的文件描述符fd
比较好的方法是使用I/O多路复用。其基本思想是:【详情见5,TCP多路复用】
void FD_zero(fd_set * fdset);//对集合清零
void FD_set(int fd,fd_set * fdset);//把fd加入到集合中
void FD_CLR(int fd,fd_set * fdset);//从集合汇总清除fd
void FD_ISSET(int fd,fd_set * fdset);//片段fd是否存在fd_set中
#include
#include
#include
int select(int nfds, fd_set *read_fds, fd_set *write_fds, fd_set *except_fds, struct timeval *timeout);
参数:
struct timeval {long tv_sec; /* seconds 秒*/long tv_usec; /* microseconds 微妙*/
};
| 宏 | 形式 | 含义 |
|---|---|---|
| FD_SET | void FD_SET(int fd,fd_set *fdset) | 将fd加入到fdset |
| FD_CLR | void FD_CLR(int fd,fd_set *fdset) | 将fd从fdset里面清除 |
| FD_ZERO | void FD_ZERO(fd_set *fdset) | 从fdset中清除所有的文件描述符 |
| FD_ISSET | int FD_ISSET(int fd,fd_set *fdset) | 判断fd是否在fdset集合中 |
int pselect(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, const struct timespec *timeout, const sigset_t *sigmask);
struct timespec {long tv_sec; /* seconds */long tv_nsec; /* nanoseconds */
};
int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);
struct pollfd {int fd; /* file descriptor */short events; /* requested events */short revents; /* returned events */};
| 常量(events/revents) | 说明 |
|---|---|
| POLLIN | 普通或优先级带数据可读,有数据可读 |
| POLLRDNORM | 普通数据可读,有普通数据可读 |
| POLLRDBAND | 优先级带数据可读,有优先数据可读 |
| POLLPRI | 高优先级数据可读, 有紧迫数据可读 |
| POLLOUT | 普通数据可写, 写数据不会导致阻塞 |
| POLLWRNORM | 普通数据可写, 写普通数据不会导致阻塞 |
| POLLWRBAND | 优先级带数据可写,写优先数据不会导致阻塞 |
| POLLMSGSIGPOLL | 消息可用 |
| POLLER | 发生错误 |
| POLLHUP | 发生挂起 |
| POLLNVAL | 描述字不是一个打开的文件 |
epoll的接口非常简单,一共就三个函数:
int epoll_create(int size);
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
| 宏(动作) | 含义 |
|---|---|
| EPOLL_CTL_ADD | 注册新的fd到epfd中 |
| EPOLL_CTL_MOD | 修改已经注册的fd的监听事件 |
| EPOLL_CTL_DEL | 从epfd中删除一个fd |
第三个参数是需要监听的fd,第四个参数是告诉内核需要监听什么事,struct epoll_event结构如下
typedef union epoll_data {void *ptr;int fd;uint32_t u32;uint64_t u64;
} epoll_data_t;struct epoll_event {uint32_t events; /* Epoll events */epoll_data_t data; /* User data variable */
};
| 宏(enents) | 含义 |
|---|---|
| EPOLLIN | 表示对应的文件描述符可以读(包括对端SOCKET正常关闭) |
| EPOLLOUT | 表示对应的文件描述符可以写 |
| EPOLLPRI | 表示对应的文件描述符有紧急的数据可读(这里应该表示有带外数据到来) |
| EPOLLERR | 表示对应的文件描述符发生错误 |
| EPOLLHUP | 表示对应的文件描述符被挂断 |
| EPOLLET | 将EPOLL设为边缘触发(Edge Triggered)模式,这是相对于水平触发(Level Triggered)来说的 |
| EPOLLONESHOT | 只监听一次事件,当监听完这次事件之后,如果还需要继续监听这个socket的话,需要再次把这个socket加入到EPOLL队列里 |
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);
epoll_wait的功能与select()类似,它等待_epfd_所代表的epoll实例中监听的事件发生。
参数:
返回值
TCP多路复用IO

int main(void)
{fd_set rset;int maxfd = -1;struct timeval tout;fd = socket(...);bind(fd,...);listen(fd,...);while(1){maxfd = fd;FD_ZERO(&rset);FD_SET(fd,&rset);/*依次把已经建立好连接的fd加入到集合中,记录下来最大的文件描述符maxfd*/
#if 0select(maxfd+1,&rset,NULL,NULL,NULL);
#elsestruct timeval tout;tout.tv_sec = 5;tout.tv_usec = 0;select(maxfd+1,&rset,NULL,NULL,&tout);
#endifint newfd;if(FD_ISSET(fd,&rset))//依次判断,有多少文件描述符需要判断就写几个if判断语句{newfd = accept(fd,...);//若是监听套接字上有数据,则有新客户端连接,就去调用accept()函数}/* 若是已建立连接的套接字上有数据,则去读数据 *//* ... */}}
#ifndef __NET_H__
#define __NET_H__#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include #define SERV_IP_ADDR "192.168.31.100"
#define SERV_PORT 5002
#define BACKLOG 5
#define QUIT_STR "quite"
#define SERV_RESP_STR "Server:"#endif
/* ./client serv_ip serv_port */
#include "net.h"void usage(char *s)
{printf("Usage: %s \n",s);printf("\tserv_ip: server ip address\n");printf("\tserv_port: server port(>5000)\n ");
}
int main(int argc, const char *argv[])
{int fd;short port;struct sockaddr_in sin;if(argc != 3){usage((char *)argv[0]);exit(1);}if((port = atoi(argv[2])) < 5000){usage((char *)argv[0]);exit(1);}/* 1 创建socket fd */if((fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)) < 0){perror("socket");exit(-1);}/* 2 连接服务器 *//* 2.1 填充struct sockaddr_in结构体变量*/bzero(&sin,sizeof(sin));sin.sin_family = AF_INET;sin.sin_port = htons(port);//转为网络字节序端口号if(inet_pton(AF_INET,argv[1],(void *)&sin.sin_addr.s_addr) < 0){perror("inet_pton");goto _error1;}/* 2.2 连接服务器*/if(connect(fd,(struct sockaddr *)&sin,sizeof(sin)) < 0){perror("connect");goto _error1;}printf("client staring ... OK!\n");fd_set rset;int maxfd = -1;struct timeval tout;char buf[BUFSIZ];int ret = -1;while(1){FD_ZERO(&rset);//将文件描述符添加到rset数组中FD_SET(0,&rset);//0sh标准输入的文件描述符FD_SET(fd,&rset);//fd是socket的文件描述符maxfd = fd;tout.tv_sec = 5;tout.tv_usec = 0;select(maxfd+1,&rset,NULL,NULL,&tout);if(FD_ISSET(0,&rset))//标准输入里面是不是有输入{/* 读取键盘输入,发送到网络套接字fd */bzero(buf,BUFSIZ);do {ret = read(0,buf,BUFSIZ-1);}while(ret <0 && EINTR == errno);if(ret < 0){perror("read");continue ;}if(ret == 0)//没读到数据{continue;}if(write(fd,buf,strlen(buf)) < 0){perror("write() to socket");continue ;}if(strncasecmp(buf,QUIT_STR,strlen(QUIT_STR)) == 0)//退出在发送之后{printf("client is existing!\n");break;}}if(FD_ISSET(fd,&rset))//服务器发送了数据过来{/* 读取套接字数据,处理 */bzero(buf,BUFSIZ);do {ret = read(fd,buf,BUFSIZ-1);}while(ret <0 && EINTR == errno);if(ret < 0){perror("read from socket");continue ;}if(ret == 0)//从套接字中读到的数据个数小于0,说明服务器关闭{break ;}printf("server said: %s",buf);if((strlen(buf) > strlen(SERV_RESP_STR)) && strncasecmp(buf+strlen(SERV_RESP_STR),QUIT_STR,strlen(QUIT_STR)) == 0){printf("sender client is existing!\n");break;}}}_error1:close(fd);return 0;
}
#include "net.h"
#include "linklist.h"
#include /* 线程传参 */
typedef struct{int addr;//客户端IP地址int port;//客户端端口号int fd;//为请求链接的客户端分配的新的socket fd
}ARG;/* IO多路复用select()处理函数 */
void do_select(int fd);int main(int argc, const char *argv[])
{int fd;struct sockaddr_in sin;//如果是IPV6的编程,要使用struct sockddr_in6结构体(详细情况请参考man 7 ipv6),通常更通用的方法可以通过struct sockaddr_storage来编程/* 1 创建socket fd */if((fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)) < 0){perror("socket");exit(-1);}/* 优化 1 允许绑定地址快速重用 */ int b_reuse = 1;setsockopt(fd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&b_reuse,sizeof(int)); /* 2 绑定 *//* 2.1 填充struct sockaddr_in 结构体变量*/bzero(&sin,sizeof(sin));sin.sin_family = AF_INET;sin.sin_port = htons(SERV_PORT);
#if 1/* 优化 2 让服务器可以绑定在任意的IP上*/sin.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
#elseif(inet_pton(AF_INET,SERV_IP_ADDR,(void *)&sin.sin_addr.s_addr) < 0){perror("inet_pton");goto _error1;}
#endif/* 2.2 绑定*/if(bind(fd,(struct sockaddr *)&sin,sizeof(sin))){perror("bind");goto _error1;}/* 3 使用listen()把主动套接字变成被动套接字 */if(listen(fd,BACKLOG) < 0){perror("listen");goto _error1;}do_select(fd);_error1:close(fd);return 0;
}void do_select(int fd)
{linklist fdlist,sin_list;//创建一个列表,用于文件描述符及客户端信息存储fdlist = create_linklist();datatype sin_data;//每个对象包括客户端的socket fd,ipv4地址,端口号sin_data.fd = fd;int maxfd = fd;//struct timeval tout = {5,0};insert_end_linklist(fdlist,sin_data);//将lsten()处理后的fd加入列表//show_linklist(fdlist);fd_set rset;int newfd = -1;int ret = -1;char buf[BUFSIZ];//BUFSIZ是系统提供的char resp_buf[BUFSIZ+10];struct sockaddr_in cin;socklen_t cin_addr_len = sizeof(cin);/* 用select()函数实现I/O多路复用*/while(1){int i;FD_ZERO(&rset);if(get_length_linklist(fdlist) >= 1)//将列表中的fd加入读集合进行处理{//puts("11111111111111111111111111111");for(i=0;isin_list = get_list_pos_linklist(fdlist,i);sin_data = sin_list->data;FD_SET(sin_data.fd,&rset);maxfd = sin_data.fd > maxfd ? sin_data.fd : maxfd;//printf("第 %d 个(fd:%d)(ip:%s)(port:%d)\n",i,sin_data.fd,sin_data.ipv4_addr,sin_data.port);}//show_linklist(fdlist);}else{continue ;}//switch(select(maxfd+1,&rset,NULL,NULL,&tout))switch(select(maxfd+1,&rset,NULL,NULL,NULL)){case 0:{printf("time out!\n");goto _error1;}case -1:{perror("select");goto _error1;}default:{if(FD_ISSET(fd,&rset))//有客户端发送了连接请求{if((newfd = accept(fd,(struct sockaddr *)&cin,&cin_addr_len)) < 0){perror("connect");goto _error1;}/* 将分配成功的套接字newfd设置成非阻塞模式*/int b_on = 1;ioctl(newfd, FIONBIO, &b_on);//将分配成功的套接字newfd设置为非阻塞方式sin_data.fd = newfd;if(inet_ntop(AF_INET,&cin.sin_addr.s_addr,sin_data.ipv4_addr,sizeof(sin_data.ipv4_addr)) < 0){perror("inet_ntop");goto _error2;}sin_data.port = ntohs(cin.sin_port);printf("get a new client->(ip:%s)(port:%d)(fd:%d)\n",sin_data.ipv4_addr,sin_data.port,sin_data.fd);insert_end_linklist(fdlist,sin_data);//将建立客户端连接的fd加入列表//show_linklist(fdlist);}else//有连接好的客户端发送了数据{//puts("22222222222222222222");for(i=0;isin_list = get_list_pos_linklist(fdlist,i);sin_data = sin_list->data;//printf("reading fd is ->(第 %d 个)(fd:%d)(ip:%s)(port:%d)\n",i,sin_data.fd,sin_data.ipv4_addr,sin_data.port);if(sin_data.fd == fd)//不是建立连接后分配的newfdcontinue ;//puts("########read before");bzero(buf,BUFSIZ);do{ret = read(sin_data.fd,buf,BUFSIZ-1);}while(ret < 0 && errno == EINTR);//阻塞读写if(ret < 0){//perror("read");continue;}if(ret == 0)//对方已关闭{printf("client is existing!\n");delete_locate_linklist(fdlist,sin_data);continue;}printf("client ip(:%s) port(:%d) fd(:%d) receive data: %s",sin_data.ipv4_addr,sin_data.port,sin_data.fd,buf);bzero(resp_buf,BUFSIZ+25);strncpy(resp_buf,SERV_RESP_STR,strlen(SERV_RESP_STR));strcat(resp_buf,"ip(");strcat(resp_buf,sin_data.ipv4_addr);char s_port[10];strcat(resp_buf," port(");sprintf(s_port,"%d",sin_data.port);strcat(resp_buf,s_port);strcat(resp_buf," data(");strcat(resp_buf,buf);do{ret = write(sin_data.fd,resp_buf,strlen(resp_buf));}while(ret < 0 && EINTR == errno);//puts("###############################"); if(strncasecmp(buf,QUIT_STR,strlen(QUIT_STR)) == 0){printf("client (fd:%d)(ip:%s)(potr:%d) is existing!\n",sin_data.fd,sin_data.ipv4_addr,sin_data.port);delete_locate_linklist(fdlist,sin_data);//将退出的客户端的fd从列表中删除close(sin_data.fd);//show_linklist(fdlist);}}} }}}_error2:close(newfd);
_error1:close(fd);clear_linklist(fdlist);}
#ifndef __SINGLE_LINKLIST_H__
#define __SINGLE_LINKLIST_H__#include
#include
#include
#include typedef struct{int fd;char ipv4_addr[16];int port;
}datatype;typedef struct node{datatype data;struct node *next;
}listnode,*linklist;linklist create_linklist(void);
linklist create_n_linklist(void);
int delete_pos_linklist(linklist L,int pos);
int delete_locate_linklist(linklist L,datatype x);
void clear_linklist(linklist L);int get_length_linklist(linklist L);
linklist get_list_pos_linklist(linklist L,int pos);
linklist get_list_locate_linklist(linklist L,datatype x);int insert_head_linklist(linklist L,datatype x);
int insert_n_head_linklist(linklist L);
int insert_end_linklist(linklist L,datatype x);
int insert_n_end_linklist(linklist L);
int insert_pos_linklist(linklist L,datatype x,int pos);
int insert_order_linklist(linklist L,datatype x);void reverse_linklist(linklist);
void sort_linklist(linklist L);void show_linklist(linklist L);#endif
#include "linklist.h"linklist create_linklist(void)
{linklist L;if((L=(linklist)malloc(sizeof(listnode))) == NULL){printf("malloc no memmory!\n");return NULL;}L->data.fd = 0;bzero(L->data.ipv4_addr,sizeof(L->data.ipv4_addr));L->data.port = 0;L->next = NULL;return L;
}
linklist create_n_linklist(void)
{linklist L,H,r;datatype x;if((L=(linklist)malloc(sizeof(listnode))) == NULL){printf("malloc no memmory!\n");return NULL;}L->data.fd = 0;bzero(L->data.ipv4_addr,sizeof(L->data.ipv4_addr));L->data.port = 0;L->next = NULL;r = L;while(1){printf("Please input a NUM_NL80211_WOWLAN_TRIGber(-1 exit :");while(scanf("%d",&x.fd) != 1){printf("Please INPUT_PROP_CNTut a number(-1 exit :");getchar();}if(x.fd == -1)break;if((H=(linklist)malloc(sizeof(listnode))) == NULL){printf("malloc nexto memmory!\n");return L;}H->data = x;H->next = NULL;r->next = H;r=H;}return L;}
int delete_pos_linklist(linklist L,int pos)
{linklist r,p;int i=-1;if(pos < 0 ||pos >=get_length_linklist(L)){printf("input pos is invalid!\n");return -1;}r = L;while(i < pos-1){i++;r = r->next;}if(r == NULL || r->next==NULL){printf("argc is iavalid!\n");return -1;}else{p = r->next;r->next = p->next;p->next = NULL;free(p);return 0;}
}
int delete_locate_linklist(linklist L,datatype x)
{linklist r,p;if(L->next == NULL){printf("list is NULL!\n");return -1;}r = L;while(r->next->data.fd != x.fd){if(r->next == NULL){printf("value is not in list!\n");return -1;}r = r->next;}p = r->next;r->next = p->next;p->next = NULL;free(p);return 0;
}void clear_linklist(linklist L)
{while(get_length_linklist(L)){delete_pos_linklist(L,get_length_linklist(L)-1);}free(L);L->next = NULL;L = NULL;
}
int get_length_linklist(linklist L)
{int i=0;linklist r;r = L;while(r->next){r = r->next;i++;}return i++;
}
linklist get_list_pos_linklist(linklist L,int pos)
{int i=0;linklist r;if(L->next == NULL){printf("list is NULL!\n");return NULL;}if(pos<0 || pos>=get_length_linklist(L)){printf("input is invalid!\n");return NULL;}r = L->next;while(ir = r->next;i++;}return r;
}
linklist get_list_locate_linklist(linklist L,datatype x)
{linklist r;if(L->next == NULL){printf("list is NULL!\n");return NULL;}r = L->next;while(r->data.fd != x.fd){if(r->next == NULL){printf("value is not in list!\n");return NULL;}r = r->next;}return r;
}int insert_head_linklist(linklist L,datatype x)
{linklist H;if((H=(linklist)malloc(sizeof(listnode))) == NULL){printf("malloc no memmory\n");return -1;}H->data = x;H->next = L->next;L->next = H;return 0;
}
int insert_n_head_linklist(linklist L)
{datatype x;while(1){printf("Please input a number(-1 exit:");while(scanf("%d",&x.fd) != 1){printf("Please input a number:(-1 exit");getchar();}if(x.fd == -1)break;insert_head_linklist(L,x);}return 0;
}
int insert_end_linklist(linklist L,datatype x)
{linklist r,H;if((H = (linklist)malloc(sizeof(listnode))) == NULL){printf("malloc no memmory!");return -1;}r = L;while(r->next){r = r->next;}H->next = NULL;H->data = x;r->next = H;return 0;
}
int insert_n_end_linklist(linklist L)
{datatype x;while(1){printf("Please input a number(-1 exit:");while(scanf("%d",&x.fd) != 1){printf("Please input a number:(-1 exit");getchar();}if(x.fd == -1)break;insert_end_linklist(L,x);}return 0;
}
int insert_pos_linklist(linklist L,datatype x,int pos)
{linklist K,r;if(pos == 0){r = L;}else{r = get_list_pos_linklist(L,pos-1);}if(r == NULL){printf("argc is invalidateid!\n");return -1;}else{if((K = (linklist)malloc(sizeof(listnode))) == NULL){printf("malloc no memmory!");return -1;}K->data = x;K->next = r->next;r->next = K;}return 0;
}
int insert_order_linklist(linklist L,datatype x)
{linklist r,H;if((H = (linklist)malloc(sizeof(listnode))) == NULL){printf("malloc nexto memmory!\n");return -1;}H->data = x;r = L;while(r->next && r->next->data.fd < x.fd){r = r->next;}H->next = r->next;r->next = H;return 0;
}
void reverse_linklist(linklist L)
{linklist r,p;if(L->next == NULL){printf("list is NULL!\n");return ;}r = L->next;L->next = NULL;while(r){p = r;r = r->next;p->next = L->next;L->next = p;}return ;
}
void sort_linklist(linklist L)
{linklist r,p,q;if(L == NULL){printf("list is NULL!\n");return ;}r = L->next;L->next = NULL;while(r){p = r;r = r->next;q = L;while(q->next && q->next->data.fd < p->data.fd){q = q->next;}p->next = q->next;q->next = p;}
}void show_linklist(linklist L)
{printf("list is:\n");if(L->next == NULL){printf("\tlist is NULL!list\n");return ;}while(L->next){printf("\t%d %s %d\t",L->next->data.fd,L->next->data.ipv4_addr,L->next->data.port);L = L->next;puts("");}//puts("");return ;
}