I/O复用：select和poll函数

概述

IO复用：一旦一个或者多个IO条件就绪了，内核就会通知进程

应用场景：

当客户处理多个描述符，例如交互输入和网络套接字
一个客户处理多个套接字
服务器既要处理监听套接字，又要处理已连接套接字
服务器既要处理TCP，又要处理UDP
服务器处理多个服务或者多个协议

I/O模型

阻塞型I/O；非阻塞型I/O；I/O复用；信号驱动式I/O；异步I/O

套接字上的输入分为两步：首先是等待数据从网络中到达。到达后会先将数据复制到内核缓冲区，接着复制到应用进程缓冲区。

阻塞式I/O模型

进程在调用recvfrom()之后，一直阻塞直到数据复制到应用进程缓冲区或者返回错误

非阻塞式I/O模型

应用进程持续的轮询，查看操作是否就绪。如果没有就绪就会返回一个错误。这种做法会耗费大量的CPU时间

I/O复用模型

对于这种模型，我们可以使用select或者poll来完成我们的需求。通过select这个系统调用（阻塞于此），让内核在IO就绪的情况下通知应用进程，然后应用进程再调用recvfrom。这里使用了两个系统调用，但好处是可以等待多个描述符就绪。

信号驱动式I/O

对于这种模型，首先是安装一个信号驱动函数，并马上返回。在内核发现描述符就绪后，通过信号通知应用进程。这样，在等待数据到达的期间进程不会被阻塞。

异步I/O

这种模型比之信号驱动式I/O更绝，它是内核完成IO操作之后才会通知应用进程

前面四种模型都是同步I/O模型，因为进程都会因为IO请求而阻塞，知道IO操作完成

select函数

先来看函数原型：

#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>

int select(int maxfdpl, fd_set *readset, fd_set *writeset, fd_set *exceptest, const struct timeval *timeout);

对于最后一个函数，这是一个时间参数，控制的是在内核等待操作就绪需要花费多少时间：

永远等待，直到有一个描述符就绪。设置为NULL
等待一定的时间，在时间范围内直到有一个描述符就绪
不等待，轮询，马上返回

至于中间三个参数：readset，writeset，exceptest。控制的是内核需要测试哪些描述符的读写，异常操作。

注意的是，fd_set是一个描述符集，通常是一个整数数组。每个元素是32位，每一个位对应的是一个描述符，其中第一个元素对应的是描述符0-31，第二个元素对应的是32-63。例如，3对应的就是描述符123。通过某些宏定义的操作可以设置需要检查的描述符。

另外就是，由于这里传入的指针会被修改，也就是作为值——结果返回。通过调用select之后检查指针的值就知道哪些bit修改了，也就是描述符的操作就绪了。也因此，每次调用select都要重新设置。

第一个参数就是待测试的最大描述符+1，也就是测试的描述符个数。

描述符就绪条件

Condition	Readable?	Writable?	Exception
Data to read	x
Read half of the connection closed	x
New connection ready for listening socket	x
Space available for writing		x
Write half of the connection closed		x
Pending error	x	x
TCP out-of-band data			x

shutdown函数

1 2	#include <sys/socket.h> int shutdown(int sockfd, int howto);

与close函数相比，shutdown函数不需理会引用计数是否为0，它可以直接激发TCP的正常连接终止；
另外，close终止的是读与写两个方向的数据传送，而shutdown函数则是告诉对端我们已经完成了数据传送，即使对端仍有数据发送。

也就是shutdown函数的调用会关闭一半的TCP连接。

poll函数

1 2	#include <poll.h> int poll(struct pollfd *fdarray, unsigned long nfds, int timeout);

poll函数与select类似，但它能提供额外的信息，而且用的不是值——结果参数。

注意第一个参数，fdarray是这样的一个结果体指针：

struct pollfd {
    int fd;
    short events;
    short revents;
}

需要测试的条件由events指定，函数会在revents成员中返回描述符的测试结果。具体表现如下图：

从这个表可以看到，我们可以测试读写和异常三种操作，另外还能识别三类数据：普通数据，优先级带，高优先级带。至于怎么区分这些数据的类型，就有些争议了，这里就不写了。

timeout参数跟select的类似，也是指定poll函数返回前等待多长时间。

INFTIM：永远等待
0：立即返回，不阻塞进程
0：等待指定的时间