一、五種I/O模型
1、阻塞I/O模型
最流行的I/O模型是阻塞I/O模型，缺省情形下，所有套接口都是阻塞的。我們以數(shù)據(jù)報套接口為例來講解此模型（我們使用UDP而不是TCP作為例子的原因在于就UDP而言，數(shù)據(jù)準備好讀取的概念比較簡單：要么整個數(shù)據(jù)報已經(jīng)收到，要么還沒有。然而對于TCP來說，諸如套接口低潮標記等額外變量開始活動，導致這個概念變得復雜）。
進程調(diào)用recvfrom，其系統(tǒng)調(diào)用直到數(shù)據(jù)報到達且被拷貝到應用進程的緩沖區(qū)中或者發(fā)生錯誤才返回，期間一直在等待。我們就說進程在從調(diào)用recvfrom開始到它返回的整段時間內(nèi)是被阻塞的。
2、非阻塞I/O模型
進程把一個套接口設置成非阻塞是在通知內(nèi)核：當所請求的I/O操作非得把本進程投入睡眠才能完成時，不要把本進程投入睡眠，而是返回一個錯誤。也就是說當數(shù)據(jù)沒有到達時并不等待，而是以一個錯誤返回。
3、I/O復用模型
調(diào)用select或poll，在這兩個系統(tǒng)調(diào)用中的某一個上阻塞，而不是阻塞于真正I/O系統(tǒng)調(diào)用。 阻塞于select調(diào)用，等待數(shù)據(jù)報套接口可讀。當select返回套接口可讀條件時，調(diào)用recevfrom將數(shù)據(jù)報拷貝到應用緩沖區(qū)中。
4、信號驅(qū)動I/O模型
首先開啟套接口信號驅(qū)動I/O功能, 并通過系統(tǒng)調(diào)用sigaction安裝一個信號處理函數(shù)（此系統(tǒng)調(diào)用立即返回，進程繼續(xù)工作，它是非阻塞的）。當數(shù)據(jù)報準備好被讀時，就為該進程生成一個SIGIO信號。隨即可以在信號處理程序中調(diào)用recvfrom來讀數(shù)據(jù)報，井通知主循環(huán)數(shù)據(jù)已準備好被處理中。也可以通知主循環(huán)，讓它來讀數(shù)據(jù)報。
5、異步I/O模型
告知內(nèi)核啟動某個操作，并讓內(nèi)核在整個操作完成后(包括將數(shù)據(jù)從內(nèi)核拷貝到用戶自己的緩沖區(qū))通知我們。這種模型與信號驅(qū)動模型的主要區(qū)別是：
信號驅(qū)動I/O：由內(nèi)核通知我們何時可以啟動一個I/O操作，
異步I/O模型：由內(nèi)核通知我們I/O操作何時完成。
二、I/O復用的典型應用場合：
1、當客戶處理多個描述字（通常是交互式輸入和網(wǎng)絡套接口）時，必須使用I/O復用。
2、如果一個服務器要處理多個服務或者多個協(xié)議（例如既要處理TCP，又要處理UDP），一般就要使用I/O復用。
三、支持I/O復用的系統(tǒng)調(diào)用
目前支持I/O復用的系統(tǒng)調(diào)用有select、pselect、poll、epoll：
1、select函數(shù)
該函數(shù)允許進程指示內(nèi)核等待多個事件中的任何一個發(fā)生，并僅在有一個或多個事件發(fā)生或經(jīng)歷一段指定的時間后才喚醒它。
格式為：
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#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
int select(int maxfdp1, fd_set *readset, fd_set *writeset, fd_set *exceptset, const struct timeval *timeout);
返回：就緒描述字的正數(shù)目，0－超時，-1－出錯
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我們從該函數(shù)的最后一個參數(shù)開始介紹，它告知內(nèi)核等待所指定描述字中的任何一個就緒可花多少時間。其timeval結(jié)構(gòu)用于指定這段時間的秒數(shù)和微秒數(shù)。
struct timeval{
long tv_sec; //seconds
long tv_usec; //microseconds
};
這個參數(shù)有三種可能：
（1）永遠等待下去：僅在有一個描述字準備好I/O時才返回。為此，我們把該參數(shù)設置為空指針。
（2）等待一段固定時間：在有一個描述字準備好I/O時返回，但是不超過由該參數(shù)所指向的timeval結(jié)構(gòu)中指定的秒數(shù)和微秒數(shù)。
（3）根本不等待：檢查描述字后立即返回，這稱為輪詢。為此，該參數(shù)必須指向一個timeval結(jié)構(gòu)，而且其中的定時器值必須為0。
中間的三個參數(shù)readset、writeset和exceptset指定我們要讓內(nèi)核測試讀、寫和異常條件的描述字。如果我們對某一個的條件不感興趣，就可以把它設為空指針。struct fd_set可以理解為一個集合，這個集合中存放的是文件描述符，可通過以下四個宏進行設置：
void FD_ZERO(fd_set *fdset); //清空集合
void FD_SET(int fd, fd_set *fdset); //將一個給定的文件描述符加入集合之中
void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset); //將一個給定的文件描述符從集合中刪除
int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset); // 檢查集合中指定的文件描述符是否可以讀寫 ?
目前支持的異常條件只有兩個：
（1）某個套接口的帶外數(shù)據(jù)的到達。
（2）某個已置為分組方式的偽終端存在可從其主端讀取的控制狀態(tài)信息。
第一個參數(shù)maxfdp1指定待測試的描述字個數(shù)，它的值是待測試的最大描述字加1（因此我們把該參數(shù)命名為maxfdp1），描述字0、1、2...maxfdp1-1均將被測試。
一個應用select的例子：
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/**
*TCP回射服務器客戶端程序
*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netdb.h>
#include <string.h>
#include <math.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
#define SERVER_PORT 3333 //服務器端口號
void str_cli(FILE *fp, int sockfd)
{
int maxfdp1, stdineof;
fd_set rset;
char buf[BUFSIZ];
int n;
stdineof = 0;
FD_ZERO(&rset);
while(1)
{
if( stdineof == 0 )
FD_SET(fileno(fp),&rset);
FD_SET(sockfd, &rset);
maxfdp1 = ((fileno(fp) > sockfd) ? fileno(fp) : sockfd) + 1;
select(maxfdp1, &rset, NULL, NULL, NULL);
if( FD_ISSET(sockfd, &rset) )
{
if( (n = read(sockfd, buf, BUFSIZ)) == 0 )
if( stdineof == 1 )
return;
else
perror("server terminated prematurely");
write(fileno(stdout), buf, n);
}
if( FD_ISSET(fileno(fp), &rset))
{
if( (n = read(fileno(fp), buf, BUFSIZ)) == 0 )
{
stdineof = 1;
shutdown(sockfd, SHUT_WR);
FD_CLR(fileno(fp), &rset);
continue;
}
write(sockfd, buf, n);
}
}
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int sockfd[5];
struct sockaddr_in servaddr;
struct hostent *hp;
char buf[BUFSIZ];
if( argc != 2 )
{
printf("Please input %s <hostname>\n", argv[0]);
exit(1);
}
int i;
for(i = 0; i < 5; ++i)
{
//創(chuàng)建socket
if( (sockfd[i] = socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0)) < 0 )
{
printf("Create socket error!\n");
exit(1);
}
//設置服務器地址結(jié)構(gòu)
bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
if( (hp = gethostbyname(argv[1])) != NULL )
{
bcopy(hp->h_addr, (struct sockaddr*)&servaddr.sin_addr, hp->h_length);
}
else if(inet_aton(argv[1], &servaddr.sin_addr) < 0 )
{
printf("Input Server IP error!\n");
exit(1);
}
servaddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
//連接服務器
if( connect(sockfd[i],(struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0 )
{
printf("Connect server failure!\n");
exit(1);
}
}
str_cli(stdin, sockfd[0]);
exit(0);
}
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