linux網路編程之socket（八）：五種I/O模型和select函數簡介

一、五種I/O模型

1、阻塞I/O

我們在前面所說的I/O模型都是阻塞I/O，即調用recv系統調用，如果沒有資料則阻塞等待，當資料到來則將資料從核心空間（套介面緩衝區）拷貝到使用者空間（recv函數提供的buf），然後recv返回，進行資料處理。

2、非阻塞I/O

我們可以使用 fcntl(fd, F_SETFL, flag | O_NONBLOCK); 將通訊端標誌變成非阻塞，調用recv，如果裝置暫時沒有資料可讀就返回-1，同時置errno為EWOULDBLOCK（或者EAGAIN，這兩個宏定義的值相同），表示本來應該阻塞在這裡（would
block，虛擬語氣），事實上並沒有阻塞而是直接返回錯誤，調用者應該試著再讀一次（again）。這種行為方式稱為輪詢（Poll），調用者只是查詢一下，而不是阻塞在這裡死等，這樣可以同時監視多個裝置：

while(1) 

{ 

非阻塞read(裝置1); 

if(裝置1有資料到達) 

處理資料; 

非阻塞read(裝置2); 

if(裝置2有資料到達) 

處理資料; 

..............................

}

如果read(裝置1)是阻塞的，那麼只要裝置1沒有資料到達就會一直阻塞在裝置1的read調用上，即使裝置2有資料到達也不能處理，使用非阻塞I/O就可以避免裝置2得不到及時處理。

非阻塞I/O有一個缺點，如果所有裝置都一直沒有資料到達，調用者需要反覆查詢做無用功，如果阻塞在那裡，作業系統可以調度別的進程執行，就不會做無用功了，在實際應用中非阻塞I/O模型比較少用。

3、I/O複用

用select來管理多個I/O，當沒有資料時select阻塞，如果在逾時時間內資料到來則select返回，再調用recv進行資料的複製，recv返回後處理資料。

4、訊號驅動I/O

先註冊SIGIO訊號的處理函數，進程繼續執行其他動作，當資料到來時會發送SIGIO訊號給進程，然後可以在訊號處理函數中調用recv進行資料的複製，然後recv返回進行資料處理。

5、非同步I/O

aio_read 函數也會提供一個buf，系統調用進入核心，如果沒有資料則立即返回，進程繼續執行其他動作，所以叫非同步I/O，當資料到來時核心自動複製資料，然後推送給使用者空間，通過在aio_read中指定的訊號通知進程，讓其處理資料。非同步I/O跟訊號驅動I/O的不同之處在於，它不用調用recv進行資料的複製，如果將後者比做”拉pull“，則前者可以認為是”push推“，push的效率會高點，其實非同步I/O跟windows下面的完成連接埠差不多，但aio_read的實現或多或少存在問題，用得也比較少。

  

二、select函數簡介

/* According to POSIX.1-2001 */
       #include <sys/select.h>
       /* According to earlier standards */
       #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);

參數1：讀寫異常集合中的檔案描述符的最大值加1；

參數2：讀集合，關心可讀事件；

套介面緩衝區有資料可讀
串連的讀一半關閉，即接收到FIN段，讀操作將返回0
如果是監聽套介面，已完成串連隊列不為空白時。
套介面上發生了一個錯誤待處理，錯誤可以通過getsockopt指定SO_ERROR選項來擷取。

參數3：寫集合，關心可寫事件；

套介面發送緩衝區有空間容納資料。

串連的寫一半關閉。即收到RST段之後，再次調用write操作。

套介面上發生了一個錯誤待處理，錯誤可以通過getsockopt指定SO_ERROR選項來擷取。

參數4：異常集合，關心例外狀況事件；

套介面存在帶外資料（TCP頭部 URG標誌，16位緊急指標欄位）

參數5：逾時時間結構體

對於參數2，3，4來說，如果不關心對應事件則設定為NULL即可。注意5個參數都是輸入輸出參數，即select返回時可能對其進行了修改，比如集合被修改以便標記哪些套介面發生了事件，時間結構體的傳出參數是剩餘的時間，如果設定為NULL表示永不逾時。用select管理多個I/O，select阻塞等待，一旦其中的一個或多個I/O檢測到我們所感興趣的事件，select函數返回，傳回值為偵測到的事件個數，並且返回哪些I/O發送了事件，遍曆這些事件，進而處理事件。注意當select阻塞返回後，此時調用read/write
是不會阻塞的，因為正是有可讀可寫事件發生才導致select 返回，也可以認為是select 提前阻塞了。

下面是4個可以對集合進行操作的宏：
void FD_CLR(int fd, fd_set *set); // 清除出集合
int  FD_ISSET(int fd, fd_set *set); // 判斷是否在集合中
void FD_SET(int fd, fd_set *set); // 添加進集合中
void FD_ZERO(fd_set *set); // 將集合清零

select函數的舉例應用看這裡。

參考：

《Linux C 編程一站式學習》

《TCP/IP詳解 卷一》

《UNP》