深度探究linuxio多路复用的实验过程与原理 (linuxio多路复用实验)
深度探究 Linux IO 多路复用的实验过程与原理
Linux 是一种自由、开放源代码的操作系统，能够自由获取、查看和修改源代码。在 Linux，IO 多路复用是一个十分重要的概念，可以大大提高服务器的效率和性能。本文将深度探究 Linux IO 多路复用的实验过程和原理。
一、什么是 IO 多路复用
IO 多路复用是指在一个进程中，同时监视多个文件描述符，对于文件描述符中的任意一种 IO 准备就绪，都能够进行相应的操作。这意味着一个进程可以同时处理多个 I/O 请求，不仅避免了不必要的 I/O 轮询，也可以将多个 I/O 请求交给操作系统同时处理，达到更大的并发能力，提高了系统性能。在 Linux 中，常见的 IO 多路复用函数有 select，poll 和 epoll。
二、实验环境
为了深入了解 Linux IO 多路复用，我们需要先准备好实验环境，本文使用的实验环境如下：
1. 操作系统：Ubuntu 16.04.6 LTS
2. 编译器：gcc 5.4.0
3. 多路复用函数：epoll
三、实验过程
1. 了解 epoll 函数
在开始实验之前，我们需要先了解 epoll 函数的使用方法和参数。epoll 函数是 Linux 中一个高效的 IO 多路复用机制，可以监控多个文件描述符上的 I/O 事件并且能够对这些 I/O 事件进行快速的响应。epoll 函数包括三个主要的 API：
（1）epoll_create() 函数：创建 epoll 的文件描述符。
（2）epoll_ctl() 函数：添加、修改、删除需要监控的文件描述符。
（3）epoll_wt() 函数：等待事件的发生。
2. 创建 epoll 实例
在我们开始使用 epoll 函数进行 IO 多路复用之前，需要先使用 epoll_create() 函数创建一个 epoll 实例。代码如下：
“`c
#include
int epoll_create(int size);
“`
其中 size 参数是 epoll 实例的大小，它很重要，因为它影响了 epoll 实例所使用的内存大小。创建成功后，该函数的调用将返回一个大于0的整数表示 epoll 实例的文件描述符，否则返回-1。
3. 将文件描述符添加到 epoll 实例中
创建好了 epoll 实例之后，我们需要使用 epoll_ctl() 将需要监控的文件描述符添加到 epoll 实例中。代码如下：
“`c
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
“`
其中：
（1）epfd：指定需要操作的 epoll 实例的文件描述符。
（2）op：用于指定需要执行的操作。此参数可以有以下三种值：
- EPOLL_CTL_ADD：将 fd 加入监听的事件中。
- EPOLL_CTL_DEL：将 fd 从监听的事件中删除。
- EPOLL_CTL_MOD：修改 fd 上的监听事件。
（3）fd：需要添加或修改监听事件的文件描述符。
（4）event：需要注册的事件，它是一个结构体类型，可以通过以下代码进行定义：
“`c
struct epoll_event {
__uint32_t events; // epoll 事件类型
epoll_data_t data; // 用户数据
};
typedef union epoll_data {
void *ptr;
int fd;
__uint32_t u32;
__uint64_t u64;
} epoll_data_t;
“`
在实际使用中，最常用的是 EPOLLIN 和 EPOLLOUT 两种事件。EPOLLIN 事件表明文件描述符可以对应的文件被读，EPOLLOUT 事件表示文件描述符可以对应的文件可以被写。在监听事件触发时，用户可以通过 epoll_wt() 获得相应的文件描述符。
4. 等待事件发生
我们使用 epoll_wt() 等待事件的发生，代码如下：
“`c
int epoll_wt(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);
“`
其中：
（1）epfd：需要等待的 epoll 实例的文件描述符。
（2）events：存放满足监听事件的数组，一般将该数组定义为 epoll_event 类型，其大小由参数 maxevents 传递。
（3）maxevents：events 数组的大小，即最多可以同时等到多少个文件描述符。
（4）timeout：等待的超时时间，单位为毫秒。
epoll_wt() 函数返回满足事件的文件描述符的数量。当函数返回 0 时，表示超时；当函数返回 -1 时，表示 epoll_wt() 函数发生了错误，这时可以通过 errno 来获得错误码。
四、实验结果
以下是基于 epoll 的多路复用程序的实现，并加入了测试代码，此代码的功能是从标准输入中读取输入并将其写到标准输出中。通过多路复用机制，可以同时处理来自标准输入和标准输出的 I/O 请求，达到更大的并发能力和性能。
“`c
#include
#include
#include
#include
#include
#define MAX_EVENTS 10
#define MAX_BUF_SIZE 1024
int mn(int argc, char *argv[]) {
struct epoll_event ev, events[MAX_EVENTS];
int listen_fd, epoll_fd, n;
char buf[MAX_BUF_SIZE];
char *message = “Hello, I/O multiplexing!”;
int str_len;
// 创建 epoll 实例
epoll_fd = epoll_create(MAX_EVENTS);
// 添加标准输入到 epoll 实例中
ev.events = EPOLLIN;
ev.data.fd = STDIN_FILENO;
epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, STDIN_FILENO, &ev);
// 添加标准输出到 epoll 实例中
ev.events = EPOLLOUT;
ev.data.fd = STDOUT_FILENO;
epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, STDOUT_FILENO, &ev);
// 等待事件的发生
while (1) {
n = epoll_wt(epoll_fd, events, MAX_EVENTS, 1000);
if (n
continue;
}
for (int i = 0; i
if (events[i].data.fd == STDIN_FILENO && events[i].events & EPOLLIN) {
// 从标准输入中读取输入
fgets(buf, MAX_BUF_SIZE, stdin);
// 打印读取到的输入
printf(“Read from stdin: %s”, buf);
} else if (events[i].data.fd == STDOUT_FILENO && events[i].events & EPOLLOUT) {
// 将字符串输出到标准输出
write(STDOUT_FILENO, message, strlen(message));
}
}
}
return 0;
}
“`
运行程序后，用户输入的内容将被输出。通过多路复用机制，可以同时处理来自标准输入和标准输出的 I/O 请求，达到更大的并发能力和性能。
五、结论
