Linux I/O多路復用

Linux中一切皆文件，不論是我們存儲在磁盤上的字符文件，可執行文件還是我們的接入電腦的I/O設備等都被VFS抽象成了文件，比如標準輸入設備默認是鍵盤，我們在操作標準輸入設備的時候，其實操作的是默認打開的一個文件描述符是0的文件，而一切軟件操作硬件都需要通過OS，而OS操作一切硬件都需要相應的驅動程序，這個驅動程序里配置了這個硬件的相應配置和使用方法。Linux的I/O分為阻塞I/O,非阻塞I/O,I/O多路復用,信號驅動I/O四種。對于I/O設備的驅動，一般都會提供關于阻塞和非阻塞兩種配置。我們最常見的I/O設備之一--鍵盤(標準輸入設備)的驅動程序默認是阻塞的。

多路復用就是為了使進程能夠從多個阻塞I/O中獲得自己想要的數據并繼續執行接下來的任務。其主要的思路就是同時監視多個文件描述符，如果有文件描述符的設定狀態的被觸發，就繼續執行進程，如果沒有任何一個文件描述符的設定狀態被觸發，進程進入sleep

多路復用的一個主要用途就是實現"I/O多路復用并發服務器"，和多線程并發或者多進程并發相比，這種服務器的系統開銷更低，更適合做web服務器。

阻塞I/O

阻塞I/O，就是當進程試圖訪問這個I/O設備而這個設備并沒有準備好的時候，設備的驅動程序會通過內核讓這個試圖訪問的進程進入sleep狀態。阻塞I/O的一個好處就是可以大大的節約CPU時間，因為一旦一個進程試圖訪問一個沒有準備好的阻塞I/O，就會進入sleep狀態，而進入sleep狀態的進程是不在內核的進程調度鏈表中，直到目標I/O準備好了將其喚醒并加入調度鏈表，這樣就可以節約CPU時間。當然阻塞I/O也有其固有的缺點，如果進程試圖訪問一個阻塞I/O，但是否訪問成功并不對接下來的任務有決定性影響，那么直接使其進入sleep狀態顯然會延誤其任務的完成。

假設一個進程希望通過三個管道中任意一個中讀取數據并顯示，偽代碼如下

read(pipe_0,buf,sizeof(buf));    //sleepprint buf;read(pipe_1,buf,sizeof(buf));print buf;read(pipe_2,buf,sizeof(buf));print buf;

由于管道是阻塞I/O，所以如果pipe_0沒有數據流入，進程就是在第一個read()處進入sleep狀態而即使pipe_1和pipe_2有數據流入也不會被讀取。

int fl = fcntl(pipe_fd, F_GETFL);

如何讓進程同時監視三個管道，其中一個有數據就繼續執行而不會sleep，如果全部沒有數據流入再sleep，就是多路復用技術需要解決的問題。

非阻塞I/O

非阻塞I/O就是當一個進程試圖訪問一個I/O設備的時候，無論是否從中獲取了請求的數據都會返回并繼續執行接下來的任務。，但非常適合請求是否成功對接下來的任務影響不大的I/O請求。但如果訪問一個非阻塞I/O，但這個請求如果失敗對進程接下來的任務有致命影響，最粗暴的就是使用while(1)｛read()｝輪詢。顯然，這種方式會占用大量的CPU時間。

select機制

select是一種非常"古老"的同步I/O接口，但是提供了一種很好的I/O多路復用的思路

模型

fd_set   //創建fd_set對象，將來從中增減需要監視的fdFD_ZERO()  //清空fd_set對象FD_SET()  //將一個fd加入fd_set對象中 select()  //監視fd_set對象中的文件描述符pselect()  //先設定信號屏蔽，再監視FD_ISSET() //測試fd是否屬于fd_set對象FD_CLR()  //從fd_set對象中刪除fd