什么是IO多路复用/ select、 poll、 epoll使用

IO多路复用（IO multiplexing）是一种通过单一的系统调用来监视多个文件描述符（通常是套接字），以确定是否有数据可读或可写的技术。它允许单个线程处理多个IO操作，提高了程序的并发性能和效率。

select 函数：

select 函数是比较早期的多路复用技术，在多个文件描述符上等待数据可读、可写或异常情况。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <sys/select.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    fd_set read_fds;
    struct timeval timeout;

    // Initialize file descriptor set and timeout
    FD_ZERO(&read_fds);
    FD_SET(STDIN_FILENO, &read_fds);

    timeout.tv_sec = 5;
    timeout.tv_usec = 0;

    // Wait for input on stdin or timeout
    int ret = select(STDIN_FILENO + 1, &read_fds, NULL, NULL, &timeout);
    if (ret == -1) {
        perror("select");
        return 1;
    } else if (ret == 0) {
        std::cout << "Timeout occurred!\n";
    } else {
        if (FD_ISSET(STDIN_FILENO, &read_fds)) {
            std::cout << "Data is available on stdin!\n";
        }
    }

    return 0;
}

程序通过 select 函数监听标准输入（stdin），如果5秒内有输入则打印消息，否则打印超时消息

poll 函数：

poll 函数与 select 类似，但是提供了更灵活的事件管理和更高的性能

#include <iostream>
#include <vector>
#include <poll.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    struct pollfd fds[1];
    int timeout = 5000;  // timeout in milliseconds

    // Initialize pollfd structure
    fds[0].fd = STDIN_FILENO;
    fds[0].events = POLLIN;

    // Wait for input on stdin or timeout
    int ret = poll(fds, 1, timeout);
    if (ret == -1) {
        perror("poll");
        return 1;
    } else if (ret == 0) {
        std::cout << "Timeout occurred!\n";
    } else {
        if (fds[0].revents & POLLIN) {
            std::cout << "Data is available on stdin!\n";
        }
    }

    return 0;
}

epoll 函数：

epoll 是Linux特有的IO多路复用机制，性能比 select 和 poll 更好，特别是在处理大量并发连接时效果显著。

#include <iostream>
#include <sys/epoll.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <cstring>

int main() {
    int epoll_fd = epoll_create1(0);
    if (epoll_fd == -1) {
        perror("epoll_create1");
        return 1;
    }

    struct epoll_event event;
    event.events = EPOLLIN;
    event.data.fd = STDIN_FILENO;

    if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, STDIN_FILENO, &event) == -1) {
        perror("epoll_ctl");
        close(epoll_fd);
        return 1;
    }

    struct epoll_event events[1];
    int timeout = 5000;  // timeout in milliseconds

    int ret = epoll_wait(epoll_fd, events, 1, timeout);
    if (ret == -1) {
        perror("epoll_wait");
        close(epoll_fd);
        return 1;
    } else if (ret == 0) {
        std::cout << "Timeout occurred!\n";
    } else {
        if (events[0].events & EPOLLIN) {
            std::cout << "Data is available on stdin!\n";
        }
    }

    close(epoll_fd);
    return 0;
}

当使用 epoll 函数来实现IO多路复用时，需要按照以下步骤进行：

步骤分析：

创建 epoll 实例：
- 使用 epoll_create1 函数创建一个 epoll 实例，它会返回一个文件描述符，该描述符用于后续的 epoll 操作。
```
int epoll_fd = epoll_create1(0);
if (epoll_fd == -1) {
    perror("epoll_create1");
    return 1;
}
```
注册文件描述符：
- 创建一个 struct epoll_event 结构体实例，用于指定需要监听的事件类型和与之关联的文件描述符。这里我们关注的是读事件 EPOLLIN，即数据可读。
```
struct epoll_event event;
event.events = EPOLLIN;  // 监听可读事件
event.data.fd = STDIN_FILENO;  // 监听标准输入的文件描述符
```
将文件描述符添加到 epoll 实例中：
- 使用 epoll_ctl 函数将要监听的文件描述符注册到 epoll 实例中。
  - epoll_ctl 的第一个参数是 epoll 实例的文件描述符，第二个参数是操作类型（这里是添加），第三个参数是要添加或修改的文件描述符，第四个参数是一个指向 epoll_event 结构体的指针，用于指定事件类型和数据。
```
if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, STDIN_FILENO, &event) == -1) {
    perror("epoll_ctl");
    close(epoll_fd);
    return 1;
}
```

等待事件发生：

创建一个数组用于存放事件的结构体，并调用 epoll_wait 函数等待事件发生。

epoll_wait 的第一个参数是 epoll 实例的文件描述符，第二个参数是一个数组，用于存放发生事件的结构体，第三个参数是数组的大小，即最多处理的事件数，第四个参数是超时时间。

struct epoll_event events[1];  // 这里指定监听一个事件
int timeout = 5000;  // 超时时间，单位是毫秒

int ret = epoll_wait(epoll_fd, events, 1, timeout);
if (ret == -1) {
    perror("epoll_wait");
    close(epoll_fd);
    return 1;
} else if (ret == 0) {
    std::cout << "Timeout occurred!\n";
} else {
    // 处理事件
    if (events[0].events & EPOLLIN) {
        std::cout << "Data is available on stdin!\n";
    }
}

处理事件：

在 epoll_wait 返回后，检查事件结构体数组中的事件类型。这里主要关注 EPOLLIN 事件，表示有数据可读。

if (events[0].events & EPOLLIN) {
    std::cout << "Data is available on stdin!\n";
    // 在这里可以读取标准输入的数据，进行相应处理
}

关闭 epoll 实例：
- 使用 close 函数关闭 epoll 实例的文件描述符，释放资源。
```
close(epoll_fd);
```

什么是IO多路复用/ select、 poll、 epoll使用

步骤分析：

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