一.5種I/O模型
一個I/O可以分爲兩個過程:等待和數據搬遷。
1.阻塞I/O
兩個過程都有自己來完成，其他什麼事也不做。
2.非阻塞I/O
在等的過程中可以幹一些其他的事，等到數據準備好再進行搬遷
3.信號驅動I/O
等數據準備好的過程由信號來觸發，在這期間自己可以幹一些別的事
4.I/O複用
同時阻塞多個I/O操作，誰數據準備好就對其進行數據搬遷。
5.異步I/O
將任務派發，不用自己來完成。完成之後通知自己就行。
二.高級I/O
非阻塞IO，紀錄鎖，系統V流機制，I/O多路轉接（select/poll）,readv和writev函數以及存儲映射IO（mmap），這些統稱爲高級IO。
1.socketpair
pipe用來創建管道，但是單個管道只能單向通信，一端用於讀，而另一端用於寫。如果要實現進程雙向通信，必須創建一對管道。而socketpair則可以用來創建雙向通信的管道，具體實現如下：
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int socketpair(int domain, int type, int protocol, int sv[2]);
domain：域 type：傳輸類型 protocol：協議類型，
創建父子進程，讓子進程關閉讀，父關閉寫，然後雙方發送消息
1 #include<stdio.h>
2 #include<errno.h>
3 #include<unistd.h>
4 #include<stdlib.h>
5 #include<string.h>
6 #include<sys/socket.h>
7 #include<sys/types.h>
8 int main()
9 {
10 int sv[2]={0,0};
11 int sock=socketpair(AF_LOCAL,SOCK_STREAM,0,sv);
12 if(sock<0)
13 {
14 perror("socketpair");
15 exit(1);
16 }
17 pid_t id=fork();
19 if(id<0)
20 {
21 perror("fork");
22 exit(2);
23 }
24 else if(id==0)
25 {
26 close (sv[0]);//讀關閉
27 char buf[1024];
28 while(1)
29 {
30 memset(buf,'\0',sizeof(buf));
31 strcpy(buf,"hello bit");
32 write(sv[1],buf,sizeof(buf)-1);
33 ssize_t size=read(sv[1],buf,sizeof(buf)-1);
34 buf[size]='\0';
36 sleep(1);
37
38 printf("father->child: %s\n",buf);
39 }
40 }
41 else
42 {
43 close (sv[1]);//寫關閉
44 char buf[1024];
45 while(1)
46 {
47 ssize_t size=read(sv[0],buf,sizeof(buf)-1);
48 buf[size]='\0';
49 printf("child-> father: %s\n",buf);
50 strcpy(buf,"hello");
51 write(sv[0],buf,sizeof(buf));
52 //sleep(2);
53 }
54 }
55
56 return 0;
57 }程序結果：
2.dup/dup2對輸入文件描述符重定向
dup將標準輸出重定向當前舊的且不用的最小文件描述符。
dup2將old文件描述符指向的內容複製到new，兩者指向同一文件
dup代碼：
1 #include<stdio.h>
2 //#define _OPEN_FILE_ "./log"
3 #include<unistd.h>
4 #include<sys/types.h>
5 #include<fcntl.h>
6 #include<sys/stat.h>
7 #include<unistd.h>
8 int main()
9 {
10 umask(0);
11 int fd=open("./log",O_CREAT|O_RDWR);
12 if(fd<0)
13 {
14 printf("open");
15 exit(1);
16
17 }
18 close(1);
19 int new_fd=dup(fd）;
20 close(fd);
23 int count=1;
24 while(count++<10)
25 {
26
27 printf("hello bit\n");
28 fflush(stdout);
29 }
31 close(new_fd);
33 return 0;
34 }程序結果:
dup2代碼：
8 int main()
9 {
10 umask(0);
11 int fd=open("./log",O_CREAT|O_RDWR);
12 if(fd<0)
13 {
14 printf("open");
15 exit(1);
16
17 }
18 close(1);
19 int ret=dup2(fd,1）;
20
23 int count=1;
24 while(count++<10)
25 {
26
27 printf("hello bit\n");
28 fflush(stdout);
29 }
31 close(fd);
33 return 0;
34 }3.I/O多路轉接之select
系統提供select函數來實現多路複用輸入/輸出模型。select系統調用來讓我們的程序監視
個句柄的狀態變化，0是標準輸入，1是標準輸出，2是標準錯誤輸出。0、1、2是整數表示的，對應的FILE *結構的表示就是stdin、stdout、stderr。
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,
fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
參數nfds是需要監視的最大的文件描述符值+1；
rdset,wrset,exset分別對應於需要檢測的可讀文件描述符的集合，可寫文件描述符的集 合及異常文件描述符的集合。
struct timeval結構用於描述一段時間長度，如果在這個時間內，需要監視的描述符沒有事件發生則函數返回，返回值爲0。
下面的宏提供了處理這三種描述詞組的方式:
FD_CLR(inr fd,fd_set* set)；用來清除描述詞組set中相關fd 的位
FD_ISSET(int fd,fd_set *set)；用來測試描述詞組set中相關fd 的位是否爲真
FD_SET（int fd,fd_set*set）；用來設置描述詞組set中相關fd的位
FD_ZERO（fd_set *set）；用來清除描述詞組set的全部位
參數timeout爲結構timeval，用來設置select()的等待時間，其結構定義如下：
如果參數timeout設爲：
NULL：則表示select（）沒有timeout，select將一直被阻塞，直到某個文件描述符上發生了
事件。
0：僅檢測描述符集合的狀態，然後立即返回，並不等待外部事件的發生。
特定的時間值：如果在指定的時間段裏沒有事件發生，select將超時返回。
理解select模型：
理解select模型的關鍵在於理解fd_set,爲說明方便，取fd_set長度爲1字節，fd_set中的每一bit可以對應一個文件描述符fd。則1字節長的fd_set最大可以對應8個fd。
（1）執行fd_set set; FD_ZERO(&set);則set用位表示是0000,0000。
（2）若fd＝5,執行FD_SET(fd,&set);後set變爲0001,0000(第5位置爲1)
（3）若再加入fd＝2，fd=1,則set變爲0001,0011
（4）執行select(6,&set,0,0,0)阻塞等待
（5）若fd=1,fd=2上都發生可讀事件，則select返回，此時set變爲0000,0011。注意：沒有事件發生的fd=5被清空。
基於上面的討論，可以輕鬆得出select模型的特點：
（1)可監控的文件描述符個數取決與sizeof(fd_set)的值。我這邊服務 器上sizeof(fd_set)＝512，每bit表示一個文件描述符，則我服務器上支持的最大文件描述符是512*8=4096。據說可調，另有說雖 然可調，但調整上限受於編譯內核時的變量值。
（2）將fd加入select監控集的同時，還要再使用一個數據結構array保存放到select監控集中的fd，一是用於再select 返回後，array作爲源數據和fd_set進行FD_ISSET判斷。二是select返回後會把以前加入的但並無事件發生的fd清空，則每次開始 select前都要重新從array取得fd逐一加入（FD_ZERO最先），掃描array的同時取得fd最大值maxfd，用於select的第一個 參數。
（3）可見select模型必須在select前循環array（加fd，取maxfd），select返回後循環array
（FD_ISSET判斷是否有時間發生）。
1>select使用事例，檢測標準輸入輸出代碼：
1 #include<stdio.h>>
2 #include<unistd.h>
3 #include<errno.h>
4 #include<stdlib.h>
5 #include<string.h>
6 #include<sys/select.h>
7
8 int main()
9 {
10 int std_in=0;//標準輸入
11 //int std_out=1;//標準輸出
12 int max_fd=0;
13 struct timeval timeout={2,0};//超時
14 fd_set reads;//定義文件描述符集
15 //fd_set writes;
16 FD_ZERO(&reads); //初始化
17 //FD_ZERO(&writes);
18 FD_SET(std_in,&reads);//站在應用程序的角度來看關心什麼事件
19 //FD_SET(std_out,&writes);
20 while(1)
21 {
22 timeout.tv_sec=2;
23 timeout.tv_usec=0;
24 FD_ZERO(&reads); //重新設置
25 // FD_ZERO(&writes);
26 FD_SET(std_in,&reads);
27 //FD_SET(std_out,&writes);
28 switch(select((max_fd+1),&reads,NULL,NULL,&timeout))
29 {
30 case -1://biaoshichucuo
31 perror("select");
32 break;
33 case 0://chaoshi
34 printf("select timeout....\n");
35 break;
36 default://zhengchang
37 {//panduanshuijiuxu
38 if(FD_ISSET(std_in,&reads))
39 {
40 char buf[1024];
41 memset(buf,'\0',sizeof(buf));
42 ssize_t size=read(std_in,buf,strlen(buf));
43 if(size>0)//duquchenggong
44 {
45 buf[size]='\0';
46 printf("%s\n",buf);
47 }
48 }
49 // if(FD_ISSET(std_out,&writes))
50 //{
51 // printf("hello\n");
52
53 // }
54 }
55 break;
56
57 }
58 }
59 return 0;
60 }程序中剝離write的事件，程序結果會打印過上timeout時間之後打印select timeout，
若將write放開，則會一直打印消息。因爲寫一直就緒。
2>select使用事例select編寫網絡服務器代碼
//select_server.c
1 #include<stdio.h>
2 #include<sys/select.h>
3 #include<sys/socket.h>
4 #include<errno.h>
5 #include<string.h>
6 #include<arpa/inet.h>
7 #include<netinet/in.h>
8 #include<stdlib.h>
9 #include<sys/types.h>
10 int fds[64];//yongshuzubaocunwenjianmaioshufuji
11 static void usage(char* proc)
12 {
13 printf("usage: %s [ip] [port]",proc);
14 }
15
16 static int start(int port,char *ip)
17 {
18 int sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
19 if(sock<0)
20 {
21 perror("socket");
22 exit(1);
23 }
24 struct sockaddr_in local;
25 local.sin_family=AF_INET;
26 local.sin_port=htons(port);
27 local.sin_addr.s_addr=inet_addr(ip);
28 if(bind(sock,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local))<0)
29 {
30 perror("bind");
31 exit(1);
32 }
33 if(listen(sock,5)<0)
34 {
35 perror("listen");
36 exit(1);
37 }
38 return sock;
39
40
41 }
42 int main(int argc,char*argv[])
43 {
44 if(argc!=3)
45 {
46 usage(argv[0]);
47 return 1;
48 }
49 int port=atoi(argv[2]);
50 char* ip=argv[1];
51 int listen_sock=start(port,ip);
52 int new_sock=-1;
53 struct sockaddr_in client;
54 socklen_t len=sizeof(client);
55 int max_fd=0;
56 fd_set reads;//dingyiwenjianmiaoshufuji
57 fd_set writes;
58 FD_ZERO(&reads);
59 FD_ZERO(&writes);
60 FD_SET(listen_sock,&reads);
61 struct timeval timeout={15,0};
62 int fds_num=sizeof(fds)/sizeof(fds[0]);
63 int i=0;
64 for(;i<fds_num;++i)
65 {
66 fds[i]=-1;
67 }
68 fds[0]=listen_sock;
69 max_fd=fds[0];
70 while(1)
71 {
72 timeout.tv_sec=15;
73 timeout.tv_usec=0;
74 FD_ZERO(&reads);
75 FD_ZERO(&writes);
76 FD_SET(listen_sock,&reads);
77
78 for(i=1;i<fds_num;++i)
79 {
80 if(fds[i]>0)
81 {
82 FD_SET(fds[i],&reads);
83 if(fds[i]>max_fd)
84 {
85 max_fd=fds[i];
86 }
87 }
88 }
89 switch(select(max_fd+1,&reads,NULL,NULL,&timeout))
90 {
91 case -1:// 出錯
92 perror("select");
93 break;
94 case 0://超時
95 printf("select timeout......\n");
96 break;
97 default://正常
98 {
99 for(i=0;i<fds_num;++i)
100 {//當爲listen_sock
101 if(fds[i]==listen_sock&&FD_ISSET(fds[i],&reads))
102 { //接收連接請求
103 new_sock=accept(listen_sock,(struct sockaddr*)&client,&l en);
104 if(new_sock<0)
105 {
106 perror("accept");
107 continue;
108 }
109 printf("get connect........\n");
110 for(i=0;i<fds_num;++i)
111 {
112 if(fds[i]==-1)
113 {
114 fds[i]=new_sock;
115 break;
116 }
117 }
118 if(i==fds_num)
119 {
120 close(new_sock);
121 }
122 }
//break
123 else if(fds[i]>0&&FD_ISSET(fds[i],&reads))
124 {
125 char buf[1024];
126 memset(buf,'\0',sizeof(buf));
127 ssize_t size=read(fds[i],buf,sizeof(buf)-1);
128 if(size>0)
129 {
130 buf[size]='\0';
131 printf("client#: %s",buf);
132 write(fds[i],buf,size);
133 }
134 else if(size==0)
135 {
136 close(fds[i]);
137 fds[i]=-1;//取到文件描述符將其置爲無效
138
139 }
140 }
141 }
142 }
143 break;
144
145 }
146 }
147 return 0;
148 }
//select_client.c
1 #include<stdio.h>
2 #include<sys/select.h>
3 #include<sys/socket.h>
4 #include<errno.h>
5 #include<string.h>
6 #include<arpa/inet.h>
7 #include<netinet/in.h>
8 #include<sys/types.h>
9 #include<stdlib.h>
10
11 //int fds[64];//yongshuzubaocunwenjianmaioshufuji
12 static void usage(char* proc)
13 {
14 printf("usage: %s [ip] [port]",proc);
15 }
16
17 int main(int argc,char *argv[])
18 {
19 if(argc!=3)
20 {
21 usage(argv[0]);
22 return 1;
23 }
24 int port=atoi(argv[2]);
25 char* ip=argv[1];
26 int sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
27 if(sock<0)
28 {
29 perror("socket");
30 exit(1);
31 }
32 struct sockaddr_in remote;
33 remote.sin_family=AF_INET;
34 remote.sin_port=htons(port);
35 remote.sin_addr.s_addr=inet_addr(ip);
36 int ret=connect(sock,(struct sockaddr*)&remote,sizeof(remote));
37 if(ret<0)
38 {
39 perror("connect");
40 exit(2);
41 }
42 char buf[1024];
43 while(1)
44 {
45 memset(buf,'\0',sizeof(buf));
46 printf("please input: ");
47 fflush(stdout);
48 ssize_t s=read(0,buf,sizeof(buf)-1);
49
50 if(s>0)
51 { //回顯消息
52 write(sock,buf,strlen(buf));
53 printf("server->client: %s\n",buf);
54 }
55 }
56
57 return 0;
58 }程序結果：
select缺點：
（1）每次調用select，都需要把fd集合從用戶態拷貝到內核態，這個開銷在fd很多時會很大
（2）同時每次調用select都需要在內核遍歷傳遞進來的所有fd，這個開銷在fd很多時也很大
（3）select支持的文件描述符數量太小了，默認是1024