Linux常见IO模型-3

news2024/9/21 2:35:48

在前两篇博客中，我们讲述了常见的IO模型，并对多路转接模型中的select模型进行了细致介绍和具体的代码实现。那么接下来，我们在本篇博客中将对剩余的多路转接模型中的：poll和epoll进行介绍。

1.poll

1.1操作流程

1.2代码实现

2.epoll

2.1操作流程

2.2代码实现

2.3触发方式

2.3.1水平触发

2.3.2边缘触发

1.poll

1.1操作流程

一、我们需要定义一个事件结构体数组，来存取监控事件和它们的状态，具体的结构体内容如下：

struct pollfd {
    int fd;//需要进行监控的文件描述符
    short events;//想要监控的事件， POLLIN--可读 POLLOUT--可写
    short revents;//监控返回后，存储实际就绪的事件
};

二、我们对不同的描述符按需进行具体的监控事件，并在数组中进行设置，例如：

//定义具体结构体数据
struct pollfd fds[MAX];
//对标准输入进行可读事件监控
fds[0].fd = 0;
fds[0].events = POLLIN;
//对标准输出进行可写事件监控
fds[0].fd = 1;
fds[0].events = POLLOUT;

三、开始监控，原理和select相似，依旧是将数组中有效数据拷贝到内核当中，进行多次的轮询遍历，第一次遍历：判断有无就绪事件，没有则挂起到监控队列；第二次遍历：进程阻塞被唤醒之后，进行一次遍历，对每个元素的revents设置实际的就绪事件。

我们介绍具体的监控接口如下：

int poll(struct pollfd *fds, nfds_t maxevents, int timeout);
/*其中，
    fds是定义事件结构体数组首地址
    maxevents数组中有效元素个数
    timeout是监控阻塞的超时时间，以毫秒为单位
*/

具体的返回值为：>0表示实际就绪的事件个数；==0表示超时；<0表示出错。

四、调用返回之后，遍历事件结构体数组，根据revents成员确定描述符是否就绪了某个事件，进而对描述符进行操作。

1.2代码实现

我们设计简单代码，对poll模型加以使用，即对标准输入进行读端监控，得到具体代码如下：

然后编译并执行可以得到结果如下：

超时警告和读端监控都可正常运行。

2.epoll

2.1操作流程

一、在内核中创建epoll句柄即eventpoll结构，具体接口如下：

int epoll_create(int size);
/*
    其中，size是所监控的描述符上线，在Linux2.6.8中被忽略，但必须大于0
*/

具体的返回值是：返回epoll的描述符，创建错误则返回-1。（我们可以用epoll监控epoll）

二、向内核的句柄中，添加/移除/修改所要监控的描述符即对应的事件结构，具体的操作接口如下：

int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *ev);
/*
    其中，epfd是epoll_create所返回的epoll描述符
    op是对epoll要进行的操作，EPOLL_CTL_ADD/EPOLL_CTL_DEL/EPOLL_CTL_MOD
    fd是要进行操作的描述符
    struct epoll_event *ev是对描述符进行操作的详细信息  
*/

我们对其中结构体struct epoll_event进行介绍，其中包括一个uint32_t类型的变量，代表想要监控的事件，以及监控后存放实际就绪的事件；还存在一个联合体，用来存储额外信息。

三、开始监控，epoll的监控是一个异步阻塞操作，发起监控调用是为了告诉操作系统，可以开始监控，并且具体的监控任务由操作系统完成，而系统内容为epoll的每个描述的就绪事件挂了一个回调函数。

该回调函数的功能就是：描述符一旦就绪了指定的事件，将事件信息拷贝一份到epoll_create接口所创建的双向链表rdlist中，那么rdlist的作用便是：存放就绪的描述符对应的事件结构。

一旦系统监控中存在描述符就绪，则唤醒进程的阻塞，进程被唤醒之后，将会查看rdlist双向链表中是否由数据，便可确定是否有描述符就绪。（进程只需要判断rdlist链表是否为NULL，便可知是否存在事件就绪，不需要进行遍历）

具体的操作接口如下：

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *evs, int maxevents, int timeout);
/*
    其中，epfd时是epoll_create所返回的描述符
    evs是epoll_event结构体数组的空间首地址，接收就绪事件
    maxevents是数组的最大元素个数，也表示了当前想要获取的最大事件个数
    timeout是设置的监控时间--以毫秒为单位
*/

具体的返回值为：>0表示实际就绪的事件个数；==0表示超时；<0表示出错。