I/O复用

背景知识

如果TCP客户同时处理两个输入: 标准输入和TCP套接字. 那么如果客户阻塞于标准输入期间(例如fgets()), 套接字收到的FIN或者RST信息就不会及时得到处理. 所以这里需要使用I/O复用, 是由select和poll这两个函数支持的.

为了更好地理解I/O复用, 这里总结一下UNIX下的5种I/O模型的基本区别:

阻塞式I/O : 默认情况下, 所有的套接字都是阻塞的. 一些慢系统调用也是阻塞的.

非阻塞式I/O : 当所请求的I/O操作非得把本进程投入睡眠才能完成时, 不要把本进程投入睡眠, 而是返回一个错误.

I/O复用: 用select的优势在于我们可以等待多个描述符

信号驱动式I/O: 让内核在描述符就绪时发送SIGIO信号通知我们, 这种模式的优势在于等待数据报到达期间进程是不被阻塞的.

异步I/O: 告知内核启动某个操作, 并让内核在整个操作完成后通知我们.

为了实现I/O复用, 这里使用select函数, 该函数允许进程指示内核等待多个事件中的任何一个发生, 并只在一个或多个事件发生或者经历过一段指定的时间再唤醒它.

#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);

select函数的返回: 若有就绪描述符则为其数目, 若超时则为0, 若出错则为-1

使用select的服务器端程序

#include "unp.h"
#include <time.h>

int 
main(int argc, char **argv)
{
	int i, maxi, maxfd, listenfd, connfd, sockfd;
	int nready, client[FD_SETSIZE];
	ssize_t n;
	fd_set rset, allset;
	char buf[MAXLINE];
	socklen_t clilen;
	struct sockaddr_in cliaddr, servaddr;

	listenfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0);

	bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
	servaddr.sin_family=AF_INET;
	servaddr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
	servaddr.sin_port=htons(1234);

	Bind(listenfd, (SA*)&servaddr, sizeof(servaddr));

	Listen(listenfd, LISTENQ);

	maxfd=listenfd;
	maxi=-1;
	for(i=0;i<FD_SETSIZE;i++)
		client[i]=-1;
	FD_ZERO(&allset);
	FD_SET(listenfd, &allset);

	for(;;){
		rset=allset;
		nready=Select(maxfd+1, &rset, NULL, NULL, NULL);

		if(FD_ISSET(listenfd, &rset)){ // new client connection
			clilen=sizeof(cliaddr);
			connfd=Accept(listenfd, (SA*) &cliaddr, &clilen);

			for(i=0;i<FD_SETSIZE;i++){
				if(client[i]<0){
					client[i]=connfd;
					break;
				}
			}
			if(i==FD_SETSIZE)
				err_quit("too many clients");

			FD_SET(connfd, &allset);
			if(connfd>maxfd)
				maxfd=connfd;
			if(i>maxi)
				maxi=i;

			if(--nready<=0)
				continue;
		}

		for(i=0;i<=maxi;i++){ //check all clients for data
			if( (sockfd=client[i])<0)
				continue;
			if(FD_ISSET(sockfd, &rset)){
				if((n=Read(sockfd, buf, MAXLINE))==0){
					//connection closed by client
					Close(sockfd);
					FD_CLR(sockfd, &allset);
					client[i]=-1;
				}else
					Writen(sockfd, buf, n);

				if(--nready<=0)
					break; //no more readable descriptors
			}
		}
	}
	return 0;
}

使用select函数的客户端程序

#include "unp.h"

void cli_echo(FILE *fp, int sockfd)
{
	int maxfdp1, stdineof;
	fd_set rset;
	char buf[1000];
	int n;

	stdineof=0;
	FD_ZERO(&rset);
	for(;;){
		if(stdineof==0)
			FD_SET(fileno(fp),&rset);
		FD_SET(sockfd,&rset);
		maxfdp1=max(fileno(fp), sockfd)+1;
		Select(maxfdp1, &rset, NULL, NULL, NULL);

		if(FD_ISSET(sockfd, &rset)) {//socket is readable
			if( (n=Read(sockfd, buf, 1000))==0){
				if(stdineof==1)
					return;//normal termination
				else
					err_quit("cli_echo: server terminated prematurely");
			}
			Write(fileno(stdout),buf,n);			
		}

		if(FD_ISSET(fileno(fp), &rset)){//input is readable
			if( (n=Read(fileno(fp),buf,1000))==0){
				stdineof=1;
				Shutdown(sockfd, SHUT_WR);
				FD_CLR(fileno(fp), &rset);
				continue;
			}
			Writen(sockfd, buf, n);
		}
	}
}

int
main(int argc, char **argv)
{
	int sockfd;
	struct sockaddr_in servaddr;

	if(argc!=2)
		err_quit("usage: tcpcli <IPaddress>");
	
	sockfd=Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	
	bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
	servaddr.sin_family=AF_INET;
	servaddr.sin_port=htons(1234);
	Inet_pton(AF_INET,argv[1], &servaddr.sin_addr);

	Connect(sockfd, (SA*) &servaddr, sizeof(servaddr));

	cli_echo(stdin,sockfd);

	exit(0);

}

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