利用Linux高級IO實(shí)現(xiàn)非阻塞和多路復(fù)用IO
高級IO（Advanced IO）是一種在Linux系統(tǒng)中進(jìn)行非阻塞和多路復(fù)用IO操作的技術(shù)。這種技術(shù)可以提高系統(tǒng)的并發(fā)處理能力，提升IO性能，并減少資源的消耗。下面將介紹如何利用Linux的高級IO實(shí)現(xiàn)非阻塞和多路復(fù)用IO。
在傳統(tǒng)的阻塞IO模型中，當(dāng)進(jìn)行IO操作時(shí)，程序會(huì)一直等待直到IO操作完成。這種方式會(huì)導(dǎo)致程序在等待IO的過程中無法進(jìn)行其他任務(wù)，造成資源的浪費(fèi)。而非阻塞IO允許程序進(jìn)行其他任務(wù)而不需等待IO操作的完成，從而提高了系統(tǒng)的并發(fā)性能。
而多路復(fù)用IO允許程序同時(shí)監(jiān)視多個(gè)IO事件，并一次性等待多個(gè)IO事件中的任意一個(gè)就緒。這樣，程序可以通過一次系統(tǒng)調(diào)用來同時(shí)等待多個(gè)IO操作的完成，而不需要輪詢每個(gè)IO事件是否就緒，從而減少了系統(tǒng)調(diào)用的次數(shù)，提高了系統(tǒng)的效率。
下面將分別介紹如何使用高級IO實(shí)現(xiàn)非阻塞IO和多路復(fù)用IO。
一、非阻塞IO
非阻塞IO是指在進(jìn)行IO操作時(shí)，程序不會(huì)被阻塞等待IO操作的完成，而是立即返回。程序可以通過輪詢的方式來檢查IO操作是否已經(jīng)完成，如果完成則進(jìn)行后續(xù)處理，如果未完成則繼續(xù)執(zhí)行其他任務(wù)。
在Linux系統(tǒng)中，可以使用以下方式來實(shí)現(xiàn)非阻塞IO：
1、設(shè)置文件描述符為非阻塞模式：
在進(jìn)行IO操作之前，可以通過fcntl函數(shù)設(shè)置文件描述符的屬性，將其設(shè)置為非阻塞模式。例如，可以使用以下代碼將文件描述符fd設(shè)置為非阻塞模式：
int flags = fcntl(fd, F_GETFL, 0);
fcntl(fd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);這樣，當(dāng)進(jìn)行IO操作時(shí)，即使沒有數(shù)據(jù)可讀或沒有空閑的緩沖區(qū)可寫，也會(huì)立即返回而不會(huì)阻塞程序的執(zhí)行。
2、使用select函數(shù)進(jìn)行輪詢：
select函數(shù)是一個(gè)多路復(fù)用IO的系統(tǒng)調(diào)用，可以同時(shí)監(jiān)視多個(gè)IO事件，包括可讀、可寫和異常事件。通過將文件描述符加入到select函數(shù)的監(jiān)視集合中，程序可以等待多個(gè)IO事件中的任意一個(gè)就緒。可以使用以下代碼示例使用select函數(shù)進(jìn)行非阻塞IO：
fd_set read_fds;
FD_ZERO(&read_fds);
FD_SET(fd, &read_fds);
struct timeval timeout;
timeout.tv_sec = 5; // 設(shè)置超時(shí)時(shí)間為5秒
timeout.tv_usec = 0;
int ret = select(fd + 1, &read_fds, NULL, NULL, &timeout);
if (ret > 0 && FD_ISSET(fd, &read_fds)) {
// IO操作已完成，進(jìn)行后續(xù)處理
}在上面的代碼中，首先將要監(jiān)視的文件描述符添加到read_fds集合中，然后調(diào)用select函數(shù)等待IO事件的就緒。如果select函數(shù)返回大于0的值，并且文件描述符在read_fds集合中，則表示IO操作已經(jīng)完成。
二、多路復(fù)用IO
多路復(fù)用IO是指通過一次系統(tǒng)調(diào)用同時(shí)等待多個(gè)IO事件的就緒，從而提高系統(tǒng)的效率。在Linux系統(tǒng)中，可以使用以下方式來實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用IO：
1、使用select函數(shù)進(jìn)行多路復(fù)用：
如前所述，select函數(shù)可以同時(shí)監(jiān)視多個(gè)IO事件的就緒情況。通過將需要監(jiān)視的文件描述符添加到select函數(shù)的不同集合中，即可等待多個(gè)IO事件的就緒。以下是一個(gè)示例代碼：
fd_set read_fds;
FD_ZERO(&read_fds);
FD_SET(fd1, &read_fds);
FD_SET(fd2, &read_fds);
struct timeval timeout;
timeout.tv_sec = 5; // 設(shè)置超時(shí)時(shí)間為5秒
timeout.tv_usec = 0;
int ret = select(fd2 + 1, &read_fds, NULL, NULL, &timeout);
if (ret > 0) {
if (FD_ISSET(fd1, &read_fds)) {
// fd1的IO操作已完成，進(jìn)行后續(xù)處理
}
if (FD_ISSET(fd2, &read_fds)) {
// fd2的IO操作已完成，進(jìn)行后續(xù)處理
}
}在上面的代碼中，首先將需要監(jiān)視的文件描述符分別添加到read_fds集合中，然后調(diào)用select函數(shù)等待多個(gè)IO事件的就緒。如果select函數(shù)返回大于0的值，并且文件描述符在相應(yīng)的集合中，則表示IO操作已經(jīng)完成。
2、使用epoll進(jìn)行多路復(fù)用：
epoll是一種高效的多路復(fù)用IO機(jī)制，通過提供一個(gè)事件驅(qū)動(dòng)的接口，可以監(jiān)視大量的文件描述符狀態(tài)。與select函數(shù)相比，epoll具有更高的性能和可擴(kuò)展性。
使用epoll進(jìn)行多路復(fù)用IO主要包括以下幾個(gè)步驟：
1）創(chuàng)建一個(gè)epoll實(shí)例：使用epoll_create函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)epoll實(shí)例。
2）注冊文件描述符和事件：使用epoll_ctl函數(shù)將需要監(jiān)視的文件描述符和事件注冊到epoll實(shí)例中。
3）等待IO事件的就緒：使用epoll_wait函數(shù)等待IO事件的就緒，該函數(shù)會(huì)阻塞直到有IO事件就緒。
4）處理就緒的IO事件：根據(jù)epoll_wait函數(shù)的返回結(jié)果，處理就緒的IO事件。
下面是一個(gè)示例代碼：
int epoll_fd = epoll_create(1);
struct epoll_event event;
memset(&event, 0, sizeof(event));
event.events = EPOLLIN | EPOLLET; // 監(jiān)視可讀事件，使用邊緣觸發(fā)模式
event.data.fd = fd1;
epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, fd1, &event);
event.events = EPOLLOUT | EPOLLET; // 監(jiān)視可寫事件，使用邊緣觸發(fā)模式
event.data.fd = fd2;
epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, fd2, &event);
struct epoll_event events[10];
int ret = epoll_wait(epoll_fd, events, 10, -1);
if (ret > 0) {
for (int i = 0; i < ret; ++i) {
if (events[i].data.fd == fd1) {
// fd1的IO操作已完成，進(jìn)行后續(xù)處理
}
if (events[i].data.fd == fd2) {
// fd2的IO操作已完成，進(jìn)行后續(xù)處理
}
}
}在上面的代碼中，首先創(chuàng)建一個(gè)epoll實(shí)例，然后使用epoll_ctl函數(shù)將需要監(jiān)視的文件描述符和事件注冊到epoll實(shí)例中。接著調(diào)用epoll_wait函數(shù)等待IO事件的就緒，并根據(jù)返回結(jié)果處理就緒的IO事件。
通過使用Linux的高級IO技術(shù)，包括非阻塞IO和多路復(fù)用IO，可以提高系統(tǒng)的并發(fā)性能，減少資源的浪費(fèi)。開發(fā)人員可以根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的方式來實(shí)現(xiàn)非阻塞和多路復(fù)用IO操作，從而提高系統(tǒng)的效率和性能。
