(P13)socket编程(八):五种I/O模型,select ,用select改进回射客户端程序

时间:2021-12-26 00:45:37


文章目录

  • ​​1.五种I/O模型​​
  • ​​2.select​​
  • ​​3.用select改进回射客户端程序​​

1.五种I/O模型

  • (1)阻塞IO
    1)一递交读操作,读操作就阻塞了,直到对方有数据到来;
    2)将套接口接收缓冲区拷贝到用户空间缓冲区buff中,拷贝完成,recv函数就返回了;
  • (2)非阻塞IO
    1)recv函数即使没有数据到来,也不会阻塞,因为把他设置为了非阻塞模式了
    2)EMOULDBLOCK:改正为:EWOULDBLOCK
    3)忙等待:想等待一定的数据,而这些数据又没有到来,又需要占用CPU时间片,这种等待称之为忙等待
    4)不推荐使用这种非阻塞IO模型,应用很窄
    5)将套接口设置非阻塞方式
fcntl(fd, F_SETFL, flag|O_NONBLOCK)

(P13)socket编程(八):五种I/O模型,select ,用select改进回射客户端程序

  • (3)I/O复用(select和poll)
    1)select管理多个文件描述符
    2)阻塞的位置提前到了select,一旦监测到事件,recv则不再阻塞了
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  • (4)信号驱动IO
    1)不经常用
    2)调用sigaction来安装信号处理程序,安装完毕后,程序可以做其它的事情
    3)当数据到来时,以信号的方式通知应用进程,应用进程要在信号处理程序中处理接收数据的细节,使得异步处理得到可能(因为信号是异步处理的方式,当提交信号后,应用进程可以处理其它事情,直到有数据到来,通过信号处理程序来处理到来的事件)
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  • (5)异步IO
    1)效率最高
    2)会提交一个应用层的缓冲区buf,即使内核没有数据,也会立刻返回,一旦返回,应用进程就处理其它的事情,达到了异步处理的能力;
    当有数据到来,内核会将数据自动拷贝到应用层buff缓冲区,一旦复制完成,会通过信号等方式来通知应用进程的程序,这取决于aio_read的实现(大多数的系统实现,或多或少会有些问题,与windows的完成端口IOCP基本一样)
    3)异步IO与信号驱动IO的区别
    异步IO是推的机制,
    一旦内核接收到数据,会主动的将数据从内核返还给用户的buf缓冲区,用户空间没有必要调用recv方法来接收他
    信号驱动IO是拉的机制。
    一旦有数据到来,仅仅是通过SIGIO信号通知应用进程,应用进程还得调用recv函数将数据从内核空间到用户空间中
    拉比推,可能多一些延迟
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2.select

  • select
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,
fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

void FD_CLR(int fd, fd_set *set);将文件描述符从集合set中移除;
int FD_ISSET(int fd, fd_set *set);判断fd是否在集合set中?
void FD_SET(int fd, fd_set *set);将fd添加到集合set中
void FD_ZERO(fd_set *set);清空fd集合


nfds:读,写,异常集合中的文件描述符的最大值+1

可读集合:检测到有数据可读的套接口,放到readfds集合中,一旦有数据可读,select就可以返回。
IO中的缓冲区有数据了,就会产生可读事件。
若关心某个IO的可读事件,就将其fd放到readfds集合中。
是输入输出参数。

可写集合:是输入输出参数。

异常集合:NULL;
是输入输出参数。

超时时间:若有超时时间,在超时时间到来时,若没有监测到任何一个事件也可以返回,返回事件个数为0,select失败返回-1;
NULL表示不会超时,表示一定要检测到某个事件才会返回
是输入输出参数。
  • select可以管理多个文件描述符,也就是管理多个IO。
    eg:select会监测1,2,3,4,5。。等io,如果select监测到了其中的某些IO发生了事件,select就会立刻返回,并将感兴趣的事件填充到readfds中,并且返回事件的个数,通过轮询这些事件,一个个来处理,这时候处理基本不会阻塞了,因为select提前阻塞了,他的返回意味着事件已经到来
  • select是个管理者,是个中心
    (1)用select来管理多个IO,一旦其中的一个I/O或者多个I/O检测到我们所感兴趣的事件,select函数会返回,返回值为检测到的事件的个数
    (2)并且返回哪些I/O发生了事件,遍历这些事件,进而处理事件
    (3)与信号集的集合操作函数类似

3.用select改进回射客户端程序

  • eg:客户端:NetworkProgramming-master (1)\LinuxNetworkProgramming\P13echocli6.cpp
    服务端还是:NetworkProgramming-master (1)\LinuxNetworkProgramming\P11echo_srv.c
//
// Created by wangji on 19-8-6.
//

// socket编程 8 select模型

#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <signal.h>
#include <sys/wait.h>


using namespace std;

struct packet
{
int len;
char buf[1024];
};

#define ERR_EXIT(m) \
do \
{ \
perror(m); \
exit(EXIT_FAILURE); \
} while(0);

ssize_t readn(int fd, void *buf, size_t count)
{
size_t nleft = count; // 剩余字节数
ssize_t nread;
char *bufp = (char*) buf;

while (nleft > 0)
{
nread = read(fd, bufp, nleft);
if (nread < 0)
{
if (errno == EINTR)
{
continue;
}
return -1;
} else if (nread == 0)
{
return count - nleft;
}

bufp += nread;
nleft -= nread;
}
return count;
}

ssize_t writen(int fd, const void *buf, size_t count)
{
size_t nleft = count;
ssize_t nwritten;
char* bufp = (char*)buf;

while (nleft > 0)
{
if ((nwritten = write(fd, bufp, nleft)) < 0)
{
if (errno == EINTR)
{
continue;
}
return -1;
}
else if (nwritten == 0)
{
continue;
}
bufp += nwritten;
nleft -= nwritten;
}
return count;
}


ssize_t recv_peek(int sockfd, void *buf, size_t len)
{
while (1)
{
int ret = recv(sockfd, buf, len, MSG_PEEK); // 查看传入消息
if (ret == -1 && errno == EINTR)
{
continue;
}
return ret;
}
}

ssize_t readline(int sockfd, void *buf, size_t maxline)
{
int ret;
int nread;
char *bufp = (char*)buf; // 当前指针位置
int nleft = maxline;
while (1)
{
ret = recv_peek(sockfd, buf, nleft);
if (ret < 0)
{
return ret;
}
else if (ret == 0)
{
return ret;
}
nread = ret;
int i;
for (i = 0; i < nread; i++)
{
if (bufp[i] == '\n')
{
ret = readn(sockfd, bufp, i+1);
if (ret != i+1)
{
exit(EXIT_FAILURE);
}
return ret;
}
}
if (nread > nleft)
{
exit(EXIT_FAILURE);
}
nleft -= nread;
ret = readn(sockfd, bufp, nread);
if (ret != nread)
{
exit(EXIT_FAILURE);
}
bufp += nread;
}
return -1;
}

void ehco_cli(int sockfd)
{
// char recvbuf[1024];
// char sendbuf[1024];
// // struct packet recvbuf;
// // struct packet sendbuf;
// memset(recvbuf, 0, sizeof recvbuf);
// memset(sendbuf, 0, sizeof sendbuf);
// int n = 0;
// while (fgets(sendbuf, sizeof sendbuf, stdin) != NULL) // 键盘输入获取
// {
// writen(sockfd, sendbuf, strlen(sendbuf)); // 写入服务器
//
// int ret = readline(sockfd, recvbuf, sizeof recvbuf); // 服务器读取
// if (ret == -1)
// {
// ERR_EXIT("readline");
// }
// if (ret == 0)
// {
// printf("server close\n");
// break;
// }
//
// fputs(recvbuf, stdout); // 服务器返回数据输出
//
// // 清空
// memset(recvbuf, 0, sizeof recvbuf);
// memset(sendbuf, 0, sizeof sendbuf);
// }
fd_set rset;
FD_ZERO(&rset);

int nready;//检测到的事件个数
int maxfd;
int fd_stdin = fileno(stdin);//fileno:获取标准输入的文件描述符
if (fd_stdin > sockfd)
{
maxfd = fd_stdin;
} else {
maxfd = sockfd;
}

char sendbuf[1024] = {0};
char recvbuf[1024] = {0};

//标准输入IO和网络IO
while (1)//检测套接口是否有可读事件,检测标准输入是否有可读事件
{
FD_SET(fd_stdin, &rset);//将fd_stdin放到读的集合rset中,关心fd_stdin文件描述符的事件
FD_SET(sockfd, &rset);//将sockfd放到读的集合rset中
nready = select(maxfd+1, &rset, NULL, NULL, NULL);//读集合中最大文件描述+1
//到底是哪一个套接口检测到事件?rset集合是会改变的!!返回的是哪一些io或者套接口检测到了事件
//说明rset是输入输出参数
if (nready == -1)
{
ERR_EXIT("select");
}
if (nready == 0)
{
continue;
}

//判断标准输入产生的可读事件,还是套接口产生的可读事件?
if (FD_ISSET(sockfd, &rset)) // 套接口产生的可读事件
{
int ret = readline(sockfd, recvbuf, sizeof(recvbuf)); // 服务器读取
if (ret == -1)
{
ERR_EXIT("readline");
}
if (ret == 0)
{
printf("server close\n");
break;
}

fputs(recvbuf, stdout); // 服务器返回数据输出
memset(recvbuf, 0, sizeof(recvbuf));
}

if (FD_ISSET(fd_stdin, &rset))//判断标准输入产生的可读事件
{
if (fgets(sendbuf, sizeof(sendbuf), stdin) == NULL) //等于NULL,说明客户端已经得到一个EOF结束符
{
break;
}
writen(sockfd, sendbuf, strlen(sendbuf)); // 写入服务器
memset(sendbuf, 0, sizeof(sendbuf));
}
}
close(sockfd);
};

void handle_sigchld(int sig)
{
// wait(NULL);
while (waitpid(-1, NULL, WNOHANG) > 0);
}

int main(int argc, char** argv) {
// signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
signal(SIGCHLD, handle_sigchld);
// 1. 创建套接字
int sockfd;
if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)) < 0) {
ERR_EXIT("socket");
}

// 2. 分配套接字地址
struct sockaddr_in servaddr;
memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_port = htons(6666);
// servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
// inet_aton("127.0.0.1", &servaddr.sin_addr);

// 3. 请求链接
if (connect(sockfd, (struct sockaddr *) &servaddr, sizeof(servaddr)) < 0) {
ERR_EXIT("connect");
}

struct sockaddr_in localaddr;
socklen_t addrlen = sizeof localaddr;
if (getsockname(sockfd, (struct sockaddr*)&localaddr, &addrlen) < 0)
{
ERR_EXIT("getsockname");
}
printf("id = %s, ", inet_ntoa(localaddr.sin_addr));
printf("port = %d\n", ntohs(localaddr.sin_port));

// 4. 数据交换
ehco_cli(sockfd);

// 5. 断开连接
close(sockfd);


return 0;
}
  • 测试:



    不再有FIN_WAIT2和CLOSE_WAIT状态了,服务器端的FIN_WAIT状态已经变成了TIME_WAIT状态了,客户端的CLOSE_WAIT状态向前推进,变成了close的状态,其结束了,就不再显示出来了
  • select优点
    本质上用单进程的方式处理IO比较方便,单进程可以轮询事件,然后对这些事件进行处理