C语言多路复用技术

《C语言多路复用技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《C语言多路复用技术（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、linux 下的常见多路复用技术下的常见多路复用技术C 语言post by 陈俊生 / 2012-1-4 9:25 Wednesday 要实现 I/O 多路复用有很多的方式，其中可以用进程或者是线程等来实现，也 可以用 select/poll /epoll/port 等来实现。在相比两者之间，利用 select/poll /epoll/port 等来实现复用效率更快，实现更容易，在底层的需要的资源更少， 效率更快。 下面就介绍一下 select/poll /epoll/port 等的具体用法。 Select 的用法的用法。select 原型：int select(int n, fd_set *

2、readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);其中参数 n 表示监控的所有 fd 中最大值1。和 select 模型紧密结合的四个宏，含义不解释了：FD_CLR(int fd, fd_set *set);FD_ISSET(int fd, fd_set *set);FD_SET(int fd, fd_set *set);FD_ZERO(fd_set *set);理解 select 模型的关键在于理解 fd_set,为说明方便，取 fd_set 长度为 1 字节，fd_set 中的每一 bit 可以对应

3、一个文件描述符 fd。则 1 字节长的 fd_set 最大可以对应 8 个 fd。（1）执行 fd_set set; FD_ZERO(则 set 用位表示是 0000,0000。（2）若 fd5,执行 FD_SET(fd,后 set 变为 0001,0000(第 5 位置为 1)（3）若再加入 fd2，fd=1,则 set 变为 0001,0011（4）执行 select(6,nSock=0;arraynSock+=listen_fd;(之前 listen port 已绑定并 listen)maxfd=listen_fd;while FD_ZERO(foreach (fd in array)

4、fd 大于 maxfd，则 maxfd=fdFD_SET(fd,arraynsock+=newfd;if(-res int poll (struct pollfd *fds, unsigned int nfds, int timeout);和 select()不一样，poll()没有使用低效的三个基于位的文件描述符 set，而 是采用了一个单独的结构体 pollfd 数组，由 fds 指针指向这个组。pollfd 结 构体定义如下：#include struct pollfd int fd; short events; short revents; ;每一个 pollfd 结构体指定了一个被监

5、视的文件描述符，可以传递多个结构体， 指示 poll()监视多个文件描述符。每个结构体的 events 域是监视该文件描述 符的事件掩码，由用户来设置这个域。revents 域是文件描述符的操作结果事 件掩码。内核在调用返回时设置这个域。events 域中请求的任何事件都可能在 revents 域中返回。合法的事件如下： POLLIN 有数据可读。 POLLRDNORM 有普通数据可读。 POLLRDBAND 有优先数据可读。 POLLPRI 有紧迫数据可读。 POLLOUT 写数据不会导致阻塞。 POLLWRNORM 写普通数据不会导致阻塞。 POLLWRBAND 写优先数据不会导致阻塞。

6、POLLMSG SIGPOLL 消息可用。此外，revents 域中还可能返回下列事件： POLLER指定的文件描述符发生错误。 POLLHUP 指定的文件描述符挂起事件。 POLLNVAL 指定的文件描述符非法。这些事件在 events 域中无意义，因为它们在合适的时候总是会从 revents 中返 回。使用 poll()和 select()不一样，你不需要显式地请求异常情况报告。 POLLIN | POLLPRI 等价于 select()的读事件，POLLOUT | POLLWRBAND 等价于 select()的写事件。POLLIN 等价于 POLLRDNORM | POLLRDBAND

7、，而 POLLOUT 则 等价于 POLLWRNORM。 例如，要同时监视一个文件描述符是否可读和可写，我们可以设置 events 为 POLLIN | POLLOUT。在 poll 返回时，我们可以检查 revents 中的标志，对应于 文件描述符请求的 events 结构体。如果 POLLIN 事件被设置，则文件描述符可 以被读取而不阻塞。如果 POLLOUT 被设置，则文件描述符可以写入而不导致阻 塞。这些标志并不是互斥的：它们可能被同时设置，表示这个文件描述符的读 取和写入操作都会正常返回而不阻塞。 timeout 参数指定等待的毫秒数，无论 I/O 是否准备好，poll 都会返回。

8、timeout 指定为负数值表示无限超时；timeout 为 0 指示 poll 调用立即返回并 列出准备好 I/O 的文件描述符，但并不等待其它的事件。这种情况下，poll() 就像它的名字那样，一旦选举出来，立即返回。 返回值和错误代码 成功时，poll()返回结构体中 revents 域不为 0 的文件描述符个数；如果在超 时前没有任何事件发生，poll()返回 0；失败时，poll()返回-1，并设置 errno 为下列值之一： EBADF 一个或多个结构体中指定的文件描述符无效。 EFAULT fds 指针指向的地址超出进程的地址空间。 EINTR 请求的事件之前产生一个信号，调用可

9、以重新发起。 EINVAL nfds 参数超出 PLIMIT_NOFILE 值。 ENOMEM 可用内存不足，无法完成请求。poll 的服务器模型伪码：struct pollfd fdsPOLL_LEN;unsigned int nfds=0;fds0.fd=server_sockfd;fds0.events=POLLIN|POLLPRI;nfds+;while res=poll(fds,nfds,-1);if(fds0.revents / 已经完成的操作事件的队列。 struct rb_root rbr; / 保存 epoll 监视的文件描述符 ; 这个结构体保存了 epoll 文件描述符的

10、扩展信息，它被保存在 file 结构体的 private_data 中。它与 epoll 文件节点一一对应。通常一个 epoll 文件节点对 应多个被监视的文件描述符。所以一个 eventpoll 结构体会对应多个 epitem 结 构体。那么，epoll 中的等待事件放在哪里呢？见下面/ Wait structure used by the poll hooks struct eppoll_entry struct list_head llink; / List header used to link this structure to the “struct epitem“ void *b

11、ase; / The “base“ pointer is set to the container “struct epitem“ wait_queue_t wait; / Wait queue item that will be linked to the target file wait queue head. wait_queue_head_t *whead; / The wait queue head that linked the “wait“ wait queue item ; 与 select/poll 的 struct poll_table_entry 相比，epoll 的表示

12、等待队列节 点的结构体只是稍有不同，与 struct poll_table_entry 比较一下。struct poll_table_entry struct file * filp; wait_queue_t wait; wait_queue_head_t * wait_address; ; 由于 epitem 对应一个被监视的文件，所以通过 base 可以方便地得到被监视的 文件信息。又因为一个文件可能有多个事件发生，所以用 llink 链接这些事件。（3）epoll_create 的实现epoll_create()的功能是创建一个 eventpollfs 文件系统的 inode 节点。具

13、体 由 ep_getfd()完成。ep_getfd()先调用 ep_eventpoll_inode()创建一个 inode 节点，然后调用 d_alloc()为 inode 分配一个 dentry。最后把 file,dentry,inode 三者关联起来。在执行了 ep_getfd()之后，它又调用了 ep_file_init(),分配了 eventpoll 结构体，并把 eventpoll 的指针赋给 file 结构体，这样 eventpoll 就与 file 结构体关联起来了。 需要注意的是 epoll_create()的参数 size 实际上只是起参考作用，只要它不 小于等于 0，就并不

14、限制这个 epoll inode 关联的文件描述符数量。（4）epoll_ctl 的实现epoll_ctl 的功能是实现一系列操作，如把文件与 eventpollfs 文件系统的 inode 节点关联起来。这里要介绍一下 eventpoll 结构体，它保存在 file- f_private 中，记录了 eventpollfs 文件系统的 inode 节点的重要信息，其中 成员 rbr 保存了该 epoll 文件节点监视的所有文件描述符。组织的方式是一棵 红黑树，这种结构体在查找节点时非常高效。首先它调用 ep_find()从 eventpoll 中的红黑树获得 epitem 结构体。然后根据

15、op 参数的不同而选择不 同的操作。如果 op 为 EPOLL_CTL_ADD，那么正常情况下 epitem 是不可能在 eventpoll 的红黑树中找到的，所以调用 ep_insert 创建一个 epitem 结构体并 插入到对应的红黑树中。 ep_insert()首先分配一个 epitem 对象，对它初始化 后，把它放入对应的红黑树。此外，这个函数还要作一个操作，就是把当前进 程放入对应文件操作的等待队列。这一步是由下面的代码完成的。 init_poll_funcptr( 。 revents = tfile-f_op-poll(tfile, 函数先调用 init_poll_funcptr

16、 注册了一个回调函数 ep_ptable_queue_proc， 这个函数会在调用 f_op-poll 时被执行。该函数分配一个 epoll 等待队列结点 eppoll_entry：一方面把它挂到文件操作的等待队列中，另一方面把它挂到 epitem 的队列中。此外，它还注册了一个等待队列的回调函数 ep_poll_callback。当文件操作完成，唤醒当前进程之前，会调用 ep_poll_callback()，把 eventpoll 放到 epitem 的完成队列中，并唤醒等待进 程。 如果在执行 f_op-poll 以后，发现被监视的文件操作已经完成了，那么 把它放在完成队列中了，并立即把等待操作的那些进程唤醒。（5）epoll_wait 的实现epoll_wait 的工作是等待文件操作完成并返回。 它的主体是 ep_poll()，该函数在 for 循环中检查 epitem 中有没有已经完成的 事件，有的话就把结果返回。没有的话调用 schedule_timeout