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网络-多路io

news 来源：原创 2024/9/20 8:02:40

了 fcntl 函数来操作文件描述符的状态标志，其中主要是为了设置非阻塞模式。下面是对 fcntl 函数及其参数的详细解释：

fcntl 函数

fcntl 是一个用于操作文件描述符的系统调用，可以用来设置或获取文件描述符的各种属性。其原型如下：

int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );

  • fd: 需要操作的文件描述符。
  • cmd: 操作类型（命令），指定要执行的操作。
  • arg: 额外参数，根据 cmd 的不同可能需要。

参数解释

F_GETFL 和 F_SETFL
  • F_GETFL: 获取文件描述符的当前状态标志。这个命令将返回文件描述符的当前状态标志。
  • F_SETFL: 设置文件描述符的状态标志。这个命令将文件描述符的状态标志设置为指定的值。
代码分析
int flag = fcntl(fd_r, F_GETFL);
fcntl(fd_r, F_SETFL, flag | O_NONBLOCK);

  1. int flag = fcntl(fd_r, F_GETFL);

    • 获取文件描述符 fd_r 的当前状态标志，并存储在变量 flag 中。
    • F_GETFL 命令返回的状态标志包括文件描述符的访问模式（如读、写）和一些状态标志（如是否为非阻塞模式）。

  2. fcntl(fd_r, F_SETFL, flag | O_NONBLOCK);

    • 使用 F_SETFL 命令设置文件描述符 fd_r 的状态标志。
    • flag | O_NONBLOCK 表示将 O_NONBLOCK 标志添加到当前状态标志中。
    • O_NONBLOCK 是一个标志，用于设置文件描述符为非阻塞模式。非阻塞模式意味着读写操作不会阻塞进程，如果无法立即完成操作，系统调用会立即返回，而不是等待。
flag = fcntl(0, F_GETFL);
fcntl(0, F_SETFL, flag | O_NONBLOCK);

  1. flag = fcntl(0, F_GETFL);

    • 获取标准输入（文件描述符 0）的当前状态标志，并存储在变量 flag 中。

  2. fcntl(0, F_SETFL, flag | O_NONBLOCK);

    • 使用 F_SETFL 命令设置标准输入的状态标志。
    • flag | O_NONBLOCK 表示将 O_NONBLOCK 标志添加到标准输入的当前状态标志中。
    • 这将把标准输入设置为非阻塞模式，使得读取标准输入的操作不会阻塞进程。

总结

  • fcntl(fd_r, F_GETFL) 用于获取文件描述符 fd_r 的当前状态标志。
  • fcntl(fd_r, F_SETFL, flag | O_NONBLOCK) 用于将 fd_r 的状态标志设置为非阻塞模式，确保对 fd_r 的读写操作不会阻塞。
  • 同样，fcntl(0, F_GETFL) 和 fcntl(0, F_SETFL, flag | O_NONBLOCK) 将标准输入（文件描述符 0）设置为非阻塞模式，使得读取标准输入的操作也是非阻塞的。

通过这些设置，你可以确保读写操作在没有数据时不会导致程序阻塞，从而使程序能够在执行其他任务时保持响应。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
#include <pthread.h>int main(int argc, char *argv[])
{int ret = mkfifo("myfifo1",0666);if(-1 == ret){if( EEXIST!= errno ){perror("mkfifo");return 1;}}int fd_r = open("myfifo1",O_RDONLY);if(-1 == fd_r){perror("open");return 1;}int flag = fcntl(fd_r,F_GETFL);fcntl(fd_r,F_SETFL,flag|O_NONBLOCK);flag = fcntl( 0,F_GETFL);fcntl(0,F_SETFL,flag|O_NONBLOCK);while(1){char buf[128]={0};if(read(fd_r,buf,sizeof(buf))>0){printf("fifo:%s\n",buf);}bzero(buf,sizeof(buf));if(fgets(buf,sizeof(buf),stdin)){printf("terminal:%s\n",buf);}}return 0;
}

signal函数在多路io

演示了如何使用信号驱动 I/O（SIGIO）来处理命名管道（FIFO）的异步事件。下面是对代码及各个函数的作用的详细解释：

代码解析

1. #include 和 全局变量
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
#include <pthread.h>
#include <signal.h>int fd_r;

  • #include：引入了必要的头文件，提供了函数原型和常量定义。
  • fd_r：定义一个全局变量，用于存储打开的 FIFO 文件描述符。
2. handle 函数
void handle(int num)
{char buf[128]={0};read(fd_r,buf,sizeof(buf));printf("fifo:%s\n",buf);return ;
}

  • handle：信号处理函数，当收到 SIGIO 信号时被调用。
    • num：传递给信号处理函数的信号编号，这里没有用到。
    • read(fd_r, buf, sizeof(buf))：从 FIFO 中读取数据到 buf。
    • printf("fifo:%s\n", buf)：打印读取到的数据。
3. main 函数
int main(int argc, char *argv[])
{signal(SIGIO, handle);

  • signal(SIGIO, handle)：设置信号处理函数，当进程接收到 SIGIO 信号时，会调用 handle 函数。
    int ret = mkfifo("myfifo1",0666);if(-1 == ret){if( EEXIST!= errno ){perror("mkfifo");return 1;}}

  • mkfifo("myfifo1", 0666)：创建一个名为 "myfifo1" 的 FIFO（命名管道）。如果文件已存在 (EEXIST)，则不处理错误。
    fd_r = open("myfifo1", O_RDONLY);if(-1 == fd_r){perror("open");return 1;}

  • open("myfifo1", O_RDONLY)：以只读模式打开 FIFO，并将文件描述符存储在 fd_r 中。如果打开失败，打印错误信息并退出。
    int flag = fcntl(fd_r, F_GETFL);fcntl(fd_r, F_SETFL, flag | O_ASYNC);

  • fcntl(fd_r, F_GETFL)：获取当前文件描述符的状态标志。
  • fcntl(fd_r, F_SETFL, flag | O_ASYNC)：设置文件描述符为异步模式 (O_ASYNC)。这意味着当文件描述符有数据可读时，会向进程发送 SIGIO 信号。
    fcntl(fd_r, F_SETOWN, getpid());

  • fcntl(fd_r, F_SETOWN, getpid())：设置 fd_r 文件描述符的信号所有者为当前进程（getpid()）。这使得 SIGIO 信号会发送到当前进程。
    while(1){char buf[128]={0};bzero(buf, sizeof(buf));fgets(buf, sizeof(buf), stdin);printf("terminal:%s\n", buf);}return 0;
}

  • 无限循环：
    • fgets(buf, sizeof(buf), stdin)：从标准输入读取数据到 buf。
    • printf("terminal:%s\n", buf)：打印从标准输入读取的数据。

主要函数的作用

  1. signal(SIGIO, handle)：

    • 用于设置进程在接收到 SIGIO 信号时调用 handle 函数。

  2. mkfifo("myfifo1", 0666)：

    • 创建一个命名管道（FIFO）。如果已存在，则不处理错误。

  3. open("myfifo1", O_RDONLY)：

    • 打开创建的 FIFO 文件，以只读模式获取文件描述符。

  4. fcntl(fd_r, F_GETFL) 和 fcntl(fd_r, F_SETFL, flag | O_ASYNC)：

    • 获取和设置文件描述符的状态标志，使其处于异步模式。异步模式会使文件描述符触发信号（SIGIO），当数据到达时通知进程。

  5. fcntl(fd_r, F_SETOWN, getpid())：

    • 设置文件描述符 fd_r 的信号所有者为当前进程，使得 SIGIO 信号会发送到当前进程。

  6. read(fd_r, buf, sizeof(buf))：

    • 在信号处理函数中，从 FIFO 中读取数据。

  7. fgets(buf, sizeof(buf), stdin) 和 printf("terminal:%s\n", buf)：

    • 在主循环中，读取标准输入的数据并打印。

总结

这段代码通过设置文件描述符 fd_r 为异步模式，并为其指定信号所有者，使得当有数据可读时会发送 SIGIO 信号。信号处理函数 handle 会在收到 SIGIO 时被调用，从 FIFO 中读取数据并打印。这种方式允许进程在等待数据的同时执行其他操作，比如读取标准输入。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
#include <pthread.h>
#include <signal.h>
int fd_r;
void handle(int num)
{char buf[128]={0};read(fd_r,buf,sizeof(buf));printf("fifo:%s\n",buf);return ;
}
int main(int argc, char *argv[])
{signal(SIGIO,handle);int ret = mkfifo("myfifo1",0666);if(-1 == ret){if( EEXIST!= errno ){perror("mkfifo");return 1;}}fd_r = open("myfifo1",O_RDONLY);if(-1 == fd_r){perror("open");return 1;}//给管道设置信号驱动int flag = fcntl(fd_r,F_GETFL);fcntl(fd_r,F_SETFL,flag| O_ASYNC);//如果有写管道，本进程作为sigio信号的接收者fcntl(fd_r,F_SETOWN,getpid());while(1){char buf[128]={0};bzero(buf,sizeof(buf));fgets(buf,sizeof(buf),stdin);printf("terminal:%s\n",buf);}return 0;
}

select 函数用于监视多个文件描述符的状态，以便在其中一个或多个文件描述符变为可读、可写或出现异常时进行处理。下面是对 select 相关函数和操作的详细解释。

select 函数

select 函数用于监视文件描述符集合，以确定哪些文件描述符在某个时间点是就绪的（即，可以进行读、写操作或出现异常）。其原型如下：

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

  • nfds: 文件描述符的数量+1。它通常是你感兴趣的最大文件描述符值加1。
  • readfds: 监视的文件描述符集合（用于读操作）。
  • writefds: 监视的文件描述符集合（用于写操作）。
  • exceptfds: 监视的文件描述符集合（用于异常条件）。
  • timeout: 指定 select 函数的超时时间。如果超时时间为 NULL，则 select 将无限期等待直到有文件描述符变为可用。

fd_set 操作函数

  • FD_ZERO(fd_set *set): 清空文件描述符集合 set。
  • FD_SET(int fd, fd_set *set): 将文件描述符 fd 添加到文件描述符集合 set 中。
  • FD_CLR(int fd, fd_set *set): 从文件描述符集合 set 中移除文件描述符 fd。
  • FD_ISSET(int fd, fd_set *set): 检查文件描述符 fd 是否在文件描述符集合 set 中。

代码分析

// 1. 创建文件描述符集合
fd_set rd_set, tmp_set; // 读集合
FD_ZERO(&rd_set);       // 清空读集合
FD_ZERO(&tmp_set);      // 清空临时集合// 2. 添加文件描述符
FD_SET(0, &tmp_set);    // 将标准输入（文件描述符 0）添加到临时集合
FD_SET(fd_r, &tmp_set); // 将文件描述符 fd_r 添加到临时集合while (1) {// 6. 复制临时集合到读集合rd_set = tmp_set;char buf[128] = {0};// 3. 等待事件发生select(fd_r + 1, &rd_set, NULL, NULL, NULL);// 4. 查找发生事件的文件描述符if (FD_ISSET(fd_r, &rd_set)) {read(fd_r, buf, sizeof(buf));printf("fifo: %s\n", buf);}if (FD_ISSET(0, &rd_set)) {bzero(buf, sizeof(buf));fgets(buf, sizeof(buf), stdin);printf("terminal: %s\n", buf);}
}

  1. 创建文件描述符集合：

    • fd_set rd_set, tmp_set; 定义了两个 fd_set 类型的变量，用于存储文件描述符集合。
    • FD_ZERO(&rd_set); 清空 rd_set 集合。
    • FD_ZERO(&tmp_set); 清空 tmp_set 集合。

  2. 添加文件描述符：

    • FD_SET(0, &tmp_set); 将标准输入（文件描述符 0）添加到 tmp_set 集合中。
    • FD_SET(fd_r, &tmp_set); 将文件描述符 fd_r 添加到 tmp_set 集合中。

  3. 等待事件：

    • rd_set = tmp_set; 复制 tmp_set 到 rd_set，rd_set 用于 select 调用，避免在 select 调用后丢失对文件描述符的跟踪。
    • select(fd_r + 1, &rd_set, NULL, NULL, NULL); 等待直到 fd_r 或标准输入有数据可读。fd_r + 1 是需要监视的文件描述符的数量加1。

  4. 处理事件：

    • FD_ISSET(fd_r, &rd_set) 检查 fd_r 是否在 rd_set 中，即检查 fd_r 是否有数据可读。如果有，读取数据并打印。
    • FD_ISSET(0, &rd_set) 检查标准输入是否在 rd_set 中，即检查标准输入是否有数据可读。如果有，读取数据并打印。

总结

  • select 用于监视多个文件描述符，以确定哪些文件描述符准备好进行读、写或异常处理。
  • fd_set 操作函数用于创建和修改文件描述符集合。
  • 在代码中，select 被用于等待标准输入或文件描述符 fd_r 中有数据可读，并根据文件描述符的状态执行相应的读取操作。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>int main(int argc, char *argv[])
{int ret = mkfifo("myfifo1",0666);if(-1 == ret){if( EEXIST!= errno ){perror("mkfifo");return 1;}}int fd_r = open("myfifo1",O_RDONLY);if(-1 == fd_r){perror("open");return 1;}//1 create set fd_set rd_set,tmp_set; //read set FD_ZERO(&rd_set);FD_ZERO(&tmp_set);// 2. add fd FD_SET(0,&tmp_set);FD_SET(fd_r,&tmp_set);while(1){//6.clean flagrd_set = tmp_set;char buf[128]={0};//3 wait event select(fd_r+1,&rd_set,NULL,NULL,NULL );//4 找到对应的fdif(FD_ISSET(fd_r,&rd_set)){read(fd_r,buf,sizeof(buf));printf("fifo:%s\n",buf);}if(FD_ISSET(0,&rd_set)){bzero(buf,sizeof(buf));fgets(buf,sizeof(buf),stdin);printf("terminal:%s\n",buf);}}return 0;
}

epoll

epoll 被用来实现对两个文件描述符的事件通知机制。下面是对各个函数和操作的详细分析：

1. add_fd(int epfd, int fd)

这个函数用于将一个文件描述符 fd 添加到 epoll 实例 epfd 中，并指定感兴趣的事件类型。

  • 参数：
    • epfd：epoll_create 创建的 epoll 文件描述符。
    • fd：要添加到 epoll 的文件描述符。
  • 操作：
    • 创建一个 epoll_event 结构体 ev，设置感兴趣的事件为 EPOLLIN，表示关注该文件描述符的可读事件。
    • 使用 epoll_ctl 函数将 fd 添加到 epoll 实例中，操作类型为 EPOLL_CTL_ADD。
  • 返回值：
    • 返回 epoll_ctl 的结果，如果返回 -1 表示添加失败，并调用 perror 打印错误信息。

2. main(int argc, char *argv[])

主函数的执行流程：

  1. 创建命名管道（FIFO）：

    • 使用 mkfifo 创建两个命名管道 "myfifo1" 和 "myfifo2"，这两个管道用于进程间通信。如果创建失败并且错误码不是 EEXIST（文件已存在），则打印错误信息并退出。

  2. 打开命名管道：

    • 使用 open 打开 myfifo1（以只读模式）和 myfifo2（以只写模式），分别获得 fd_r 和 fd_w 文件描述符。如果打开失败，打印错误信息并退出。

  3. 创建 epoll 实例：

    • 使用 epoll_create 创建一个 epoll 实例，并返回一个文件描述符 epfd。如果创建失败，打印错误信息并退出。

  4. 添加文件描述符到 epoll 实例：

    • 调用 add_fd 函数将标准输入（文件描述符 0）和管道 myfifo1 的文件描述符 fd_r 添加到 epoll 实例中，开始监听它们的事件。

  5. 事件监听循环：

    • 进入无限循环，调用 epoll_wait 等待事件发生。epoll_wait 会阻塞直到有事件发生，或者超时（这里设置为 -1，表示无限等待）。

    • 事件处理：

      • 如果 epoll_wait 返回有事件发生，遍历所有的事件：
        • 如果事件的文件描述符是标准输入（0），读取输入数据并写入到 fd_w，如果输入为 "#quit\n"，则退出程序。
        • 如果事件的文件描述符是 fd_r，从 fd_r 读取数据并打印。如果读取的数据是 "#quit\n" 或读取失败，则退出程序。

主要函数和操作的作用总结

  1. epoll_create：创建 epoll 实例，返回 epoll 文件描述符。此文件描述符用于后续的 epoll_ctl 和 epoll_wait 操作。

  2. epoll_ctl：对 epoll 实例进行控制操作，如添加、修改或删除文件描述符及其事件。此处用于将文件描述符添加到 epoll 实例中。

  3. epoll_wait：等待 epoll 实例中的文件描述符发生事件。阻塞直到有文件描述符的事件发生或者超时，返回发生的事件数量。

  4. fgets 和 write：用于从标准输入读取数据，并写入到 fd_w 对应的管道中。

  5. read 和 printf：用于从 fd_r 对应的管道中读取数据，并输出到标准输出。

这段代码展示了如何使用 epoll 机制来处理异步 I/O 操作，同时实现了基于命名管道的进程间通信。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/epoll.h>int add_fd(int epfd,int fd)
{struct epoll_event ev;ev.events = EPOLLIN;ev.data.fd = fd;int ret = epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,fd,&ev);if(-1==ret){perror("add_fd");}return ret;
}int main(int argc, char *argv[])
{int ret = mkfifo("myfifo1",0666);if(-1 == ret){if( EEXIST!= errno ){perror("mkfifo");return 1;}}ret = mkfifo("myfifo2",0666);if(-1 == ret){if( EEXIST!= errno ){perror("mkfifo");return 1;}}int fd_r = open("myfifo1",O_RDONLY);if(-1 == fd_r){perror("open");return 1;}int fd_w = open("myfifo2",O_WRONLY);if(-1 == fd_w){perror("open");return 1;}struct epoll_event rev[2];int epfd;int ep_ret;epfd = epoll_create(2);if(-1==epfd){perror("epoll_create");return 1;}add_fd(epfd,0);add_fd(epfd,fd_r);while(1) {ep_ret = epoll_wait(epfd,rev,2,-1);if(ep_ret>0){int i=0;for(i=0;i<ep_ret;i++){if(0==rev[i].data.fd){printf("to A:");char buf[128]={0};fgets(buf,sizeof(buf),stdin);//#quitif(0 == strcmp(buf,"#quit\n")){exit(0);}write(fd_w,buf,strlen(buf));}else if(fd_r==rev[i].data.fd){char buf[128]={0};int ret = read(fd_r,buf,sizeof(buf));if(0==strcmp(buf,"#quit\n") || ret<=0){exit(0);}printf("from A:%s",buf);fflush(stdout);}}}}return 0;
}

第一步 创建epoll_create

第二步  添加成员

第三步  epoll_wait()

有timeout的使用

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