非阻塞IO，多路复用

青旅半醒 2022-12-13 14:02 191阅读 0赞

一、网络编程四种IO模型。  
1、什么是IO模型？  
网络编程对于数据输出输入方法： 阻塞IO，非阻塞IO，多路复用，信号驱动。

2、这几种IO模型原理是如何？  
1）阻塞IO： 一直阻塞等待某一个套接字的数据到达，如果有数据，则读取并返回，如果无数据，就会一直等待。  
read(fd);  
recv(fd);  
accept(sockfd);  
以上的例子，在过去，我们都会觉得是函数阻塞，例如read函数,accept函数阻塞，但是这样想是错误，因为真正阻塞的是套接字/文件描述符，并不是函数本身具有阻塞的属性。

因为fd是文件描述符 -> fd默认就是阻塞属性 -> read(fd) -> 阻塞

2）非阻塞IO：读取一个套接字数据，如果有数据，就会读取返回，如果没有数据，直接返回。  
因为fd是文件描述符 -> fd默认就是阻塞属性 -> 添加非阻塞属性给fd -> read(fd) -> 非阻塞读取。

3）

4）

二、非阻塞IO模型。  
1、如果要使用非阻塞IO，思路是如何？  
1）先创建一个文件描述符/套接字 -> 默认都是阻塞属性。  
2）设置非阻塞的属性给文件描述符 -> 这时候，文件描述符就是非阻塞的。  
3）再调用read()/accept()/recv()去处理这个文件描述符时，就会非阻塞。

2、如何设置非阻塞属性给文件描述符？ -> fcntl() -> man 2 fcntl

头文件：  
\#include <unistd.h>  
\#include <fcntl.h>

原型：  
int fcntl(int fd, int cmd, ... /\* arg \*/ );

参数：  
fd： 需要设置属性的文件描述符  
cmd：  
F\_GETFL (void) -> void代表第三个参数不需要填  
Get the file access mode and the file status flags; arg is ignored.  
//获取当前文件描述符的属性

F\_SETFL (int) -> int代表后面那个参数要填  
Set the file status flags to the value specified by arg.

O\_NONBLOCK -> 非阻塞属性

返回值：  
成功：  
F\_GETFL 返回文件的属性  
F\_SETFL 返回0  
  
失败：  
\-1

例题1： 设置非阻塞属性给监听套接字，看看这个套接字还会不会阻塞等待客户端连接？

listen(sockfd);  
accept(sockfd); -> 阻塞 -> 有人连接，accept()返回  
没有人连接，就会一直等待

listen(sockfd);  
设置非阻塞属性给sockfd  
accept(sockfd); -> 非阻塞 -> 有人连接，accept()返回成功  
\-> 没有人连接，就会返回失败

\#include "head.h"

int main(int argc,char \*argv\[\])  
\{  
//1. 创建一个TCP套接字  
int sockfd;  
sockfd = socket(AF\_INET,SOCK\_STREAM,0);  
  
//2. 绑定IP地址，端口号  
struct sockaddr\_in srvaddr;  
socklen\_t len = sizeof(srvaddr);  
bzero(&srvaddr,len);  
  
srvaddr.sin\_family = AF\_INET;  
srvaddr.sin\_port = htons(atoi(argv\[1\]));  
srvaddr.sin\_addr.s\_addr = htonl(INADDR\_ANY);  
  
bind(sockfd,(struct sockaddr \*)&srvaddr,len);  
  
//3. 设置监听套接字  
listen(sockfd,5);  
  
//sockfd -> 默认是阻塞属性  
  
//4. 添加非阻塞属性给sockfd  
int state;  
state = fcntl(sockfd,F\_GETFL); //state就是sockfd当前的属性。  
state |= O\_NONBLOCK; //state就是新属性了  
fcntl(sockfd,F\_SETFL,state);  
  
//sockfd -> 具有非阻塞属性  
  
//5. 等待客户端连接  
struct sockaddr\_in cliaddr;  
bzero(&cliaddr,len);  
int connfd;  
  
while(1)  
\{  
connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr \*)&cliaddr,&len);  
if(connfd > 0) //有人连接,就会返回成功  
\{  
printf("connfd = %d\\n",connfd);  
printf("new connection:%s\\n",inet\_ntoa(cliaddr.sin\_addr));  
break;  
\}  
else\{ //没有人连接，就会返回失败  
printf("connect error!\\n");  
\}  
\}  
  
close(sockfd);  
close(connfd);

return 0;  
\}

练习1： 使用非阻塞IO读取TCP套接字上数据。  
\-> 有数据就打印出来，没有返回失败。

参考p1目录。

三、多路复用。  
1、什么是多路复用？  
就是先将需要监听的文件描述符加入到一个集合中，然后在规定的时间内/无限等待去监听这个集合，如果规定的时间内/无限等待过程中有数据到达，则其他没有数据到达的文件描述符就会被自动剔除到集合之外，我们用户只需要观察集合中有哪个文件描述符存在就可以。

2、如何实现多路复用？  
1）定义一个集合。 -> man 2 select  
fd\_set set;

2）删除、添加、清空，判断集合？  
void FD\_CLR(int fd, fd\_set \*set); -> 把集合中的fd删除掉  
int FD\_ISSET(int fd, fd\_set \*set); -> 判断fd是不是在集合中  
void FD\_SET(int fd, fd\_set \*set); -> 将fd添加到集合中  
void FD\_ZERO(fd\_set \*set); -> 清空集合中所有的文件描述符

fd： 需要处理的文件描述符。  
set：集合的地址

返回值：  
在集合中： 1  
不在集合中：0

3）如何监听一个集合中？ -> select() -> man 2 select

头文件：  
\#include <sys/select.h>  
\#include <sys/time.h>  
\#include <sys/types.h>  
\#include <unistd.h>

int select(int nfds, fd\_set \*readfds, fd\_set \*writefds,  
fd\_set \*exceptfds, struct timeval \*timeout);  
  
参数：  
nfds：所有正在监测的套接字的最大值加1  
readfds：读就绪文件描述符集合 -> 把所有需要监听的文件描述符加入到这个集合中即可。  
writefds：写就绪文件描述符集合 -> NULL  
exceptfds：异常就绪文件描述符集合 -> NULL  
timeout：超时控制 -> NULL (代表无限等待)

返回值：  
成功：就绪文件描述符总数  
失败：-1

例题2： 实现客户端与服务器互相收发，不能实现线程，要求使用多路复用。  
  
服务器端：  
\#include "head.h"

int main(int argc,char \*argv\[\])  
\{  
//1. 创建一个TCP套接字  
int sockfd;  
sockfd = socket(AF\_INET,SOCK\_STREAM,0);  
  
//2. 绑定IP地址，端口号  
struct sockaddr\_in srvaddr;  
socklen\_t len = sizeof(srvaddr);  
bzero(&srvaddr,len);  
  
srvaddr.sin\_family = AF\_INET;  
srvaddr.sin\_port = htons(atoi(argv\[1\]));  
srvaddr.sin\_addr.s\_addr = htonl(INADDR\_ANY);  
  
bind(sockfd,(struct sockaddr \*)&srvaddr,len);  
  
//3. 设置监听套接字  
listen(sockfd,5);  
  
//4. 等待对方的连接  
int connfd;  
struct sockaddr\_in cliaddr;  
bzero(&cliaddr,len);  
  
connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr \*)&cliaddr,&len);  
if(connfd > 0)  
\{  
printf("connfd = %d\\n",connfd);  
printf("new connection:%s\\n",inet\_ntoa(cliaddr.sin\_addr));  
\}  
  
//5. 定义一个集合  
fd\_set set;  
char buf\[100\];  
int max\_fd = connfd > STDIN\_FILENO ? connfd : STDIN\_FILENO;  
  
//6. 不断监听这个集合，看看谁留下来了。  
while(1)  
\{  
FD\_ZERO(&set);  
FD\_SET(connfd,&set);  
FD\_SET(STDIN\_FILENO,&set);  
  
//7. 一直阻塞等待  
select(max\_fd+1,&set,NULL,NULL,NULL);  
  
//8. 只要集合中任意一个文件描述符有数据到达，那么select就会返回。  
if(FD\_ISSET(connfd,&set)) //connfd还在，说明我要收数据  
\{  
bzero(buf,sizeof(buf));  
recv(connfd,buf,sizeof(buf),0);  
printf("from client:%s",buf);  
  
if(strncmp(buf,"quit",4) == 0)  
\{  
break;  
\}  
\}  
  
if(FD\_ISSET(STDIN\_FILENO,&set)) //STDIN\_FILENO还在，说明要发送数据给对方。  
\{  
bzero(buf,sizeof(buf));  
fgets(buf,sizeof(buf),stdin);  
send(connfd,buf,strlen(buf),0);  
if(strncmp(buf,"quit",4) == 0)  
\{  
break;  
\}  
\}  
\}  
  
close(connfd);  
close(sockfd);  
  
return 0;  
\}

客户端：  
\#include "head.h"

int main(int argc,char \*argv\[\]) // ./jack 192.168.14.4 50000  
\{  
//1. 创建TCP套接字  
int sockfd;  
sockfd = socket(AF\_INET,SOCK\_STREAM,0);  
//printf("sockfd = %d\\n",sockfd);  
  
//2. 准备rose的IP地址。  
struct sockaddr\_in srvaddr;  
socklen\_t len = sizeof(srvaddr);  
bzero(&srvaddr,len);  
  
srvaddr.sin\_family = AF\_INET; //地址族  
srvaddr.sin\_port = htons(atoi(argv\[2\])); //端口号  
inet\_pton(AF\_INET,argv\[1\],&srvaddr.sin\_addr); //设置好Rose的IP地址  
  
  
//3. 发起连接  
//connect调用之前： sockfd -> 待连接套接字  
int ret = connect(sockfd,(struct sockaddr \*)&srvaddr,len);  
if(ret == 0)  
\{  
printf("connect success!\\n");  
\}  
//connect调用之后： sockfd -> 已连接套接字  
  
//5. 定义一个集合  
fd\_set set;  
char buf\[100\];  
int max\_fd = sockfd > STDIN\_FILENO ? sockfd : STDIN\_FILENO;  
  
//6. 不断监听这个集合，看看谁留下来了。  
while(1)  
\{  
FD\_ZERO(&set);  
FD\_SET(sockfd,&set);  
FD\_SET(STDIN\_FILENO,&set);  
  
//7. 一直阻塞等待  
select(max\_fd+1,&set,NULL,NULL,NULL);  
  
//8. 只要集合中任意一个文件描述符有数据到达，那么select就会返回。  
if(FD\_ISSET(sockfd,&set)) //sockfd还在，说明我要收数据  
\{  
bzero(buf,sizeof(buf));  
recv(sockfd,buf,sizeof(buf),0);  
printf("from client:%s",buf);  
  
if(strncmp(buf,"quit",4) == 0)  
\{  
break;  
\}  
\}  
  
if(FD\_ISSET(STDIN\_FILENO,&set)) //STDIN\_FILENO还在，说明要发送数据给对方。  
\{  
bzero(buf,sizeof(buf));  
fgets(buf,sizeof(buf),stdin);  
send(sockfd,buf,strlen(buf),0);  
if(strncmp(buf,"quit",4) == 0)  
\{  
break;  
\}  
\}  
\}

//5. 回收TCP套接字的资源  
close(sockfd);  
  
return 0;  
\}