管道

命名管道（named pipe）

Linux中的命名管道 (named pipe) 是一种特殊类型的文件，又称为FIFO，它外的外在表现好像是一个磁盘文件，实际上本质只是一个数据流或缓冲区。管道允许一个进程的输出直接作为另一个进程的输入，在Linux系统中是一种重要的实现进程间通信（IPC）的机制。

  • 命名管道创建的管道文件不是普通的磁盘文件。这个文件本身不存储数据（它不占用磁盘空间来存储长期数据），而是作为一个通信接口存在 (它是一个文件系统标识, 方便我们以操作文件系统的方式读写管道的缓冲区)。

  • 命名管道, 从一端读取数据, 从另一端写入数据。使用命名管道, 必须读端写端同时打开, 无法单独去打开读端或者写端。

  • 半双工是可以从管道来或回（同一时刻），但一般拿单个named pipe作单工，即只来或只回。

  • 管道缓冲区无数据，读管道阻塞；写满则写管道阻塞。

  • 管道缓冲区还有数据，写端关闭，读端也可以读完剩余的数据。无剩余则read返回0。

  • 读端关闭时，写端还写会导致write操作触发SIGPIPE信号，导致进程异常终止。

mkfifo name.pipe//创建named pipe

构建IO多路复用的全双工（select）

//俩程序，以下为其中一个。
int write_fd = open("1.pipe",O_WRONLY);//先打开管道，注意顺序避免死锁。
int read_fd = open("2.pipe",O_RDONLY);

fd_set set;//select部分的套路
while(1){
    FD_ZERO(&set);//1
    FD_SET(STDIN_FILENO, &set);//2
    FD_SET(read_fd, &set);//2
    select(10,NULL,NULL,NULL,NULL);//3
    //文件描述符个数+1，读fd们，写fd们，异常fd们，监听阻塞的时间(NULL为等指定fd就绪，0为不等待检查fd直接返回)；
    if(FD_ISSET(fd_read, &set)){.....}//有东西过来可以读了（执行某些操作）
    if(FD_ISSET(STDIN_FILENO,&SET){......}//写了东西（执行某些操作）
    int read_stdin = read(STDIN_FILENO, buf, sizeof(buf));//读标准输入的，传到buff
    write(fd_write, buf, sizeof(buf));//将buff的写进管道
}

select底层逻辑：

  1. 创建监听集合fd_set, 并初始化（FD_ZERO）

  2. 将要监听的fd放入fd_set集合中
  3. 调用select开始监听：
    • 把处于用户态的监听集合拷贝到内核态空间
    • 内核进程根据拷贝到内核态的监听集合, 轮询访问fd们（自动）, 监听状态变化 (轮询范围根据select的最大文件描述符参数（第一个参数）)
    • 在一次轮询过程中, 发现有文件状态就绪, 把就绪状态文件描述符放回拷贝到内核态的监听集合中, 并触发select结束阻塞
    • 把内核态的存储就绪的文件描述符集合, 拷贝回用户态
    • select结束

有个问题，select一次应当只能检测到一个fd就绪，所以聊天的例子是靠循环去多次select，检测读就绪与标准输入就绪。

select的超时设置

struct timval{
    long tv_sec;//秒
    long tv_usec;.//微秒
};
  • 可通过select返回值确定是超时返回（0）还是就绪返回fd数量（正数）。
  • timeout（select最后一个参数，指向一个timeval 结构体的指针）随着select阻塞时间递减，因为就绪时间导致select返回，则timeout为剩余时间，其实就是可以用timeout.tv_sec获取秒。

select poll epoll区别

select、poll和epoll都是用于实现 I/O 多路复用的方式，可以在同一时间内监听多个文件描述符的就绪状态。

select 是一种比较老的方式，它使用位图来表示文件描述符的状态。

  • 调用 select 时，内核需要遍历整个位图，检查每个文件描述符是否就绪。这种轮询的方式在连接数量很少时还是很有效的，但当连接数量增多时，性能会下降。不适合海量监听, 少量就绪的情况
  • 由于使用位图来保存描述符，所以 select 还有描述符个数的限制，一般只能支持 1024 个
  • 不过 select 的跨平台性比较好，几乎所有的平台都可以支持。

poll 使用链表结构来表示文件描述符的状态，没有最大连接数的限制。和 select 函数一样，poll 返回后，需要轮询来获取就绪的描述符，因此随着监视的描述符数量的增长，其效率也会线性下降。

epoll 是 Linux 特有的一种方式，它使用了事件驱动的模型，没有最大连接数的限制。它将文件描述符添加到 epoll 的事件集合中，等待事件的发生。与 select 和 poll 不同的是，epoll 不需要轮询，它使用回调的方式，只关注真正发生事件的文件描述符。这使得epoll在大规模高并发连接下具有卓越的性能。

应用场景上，select和poll适用于连接数量较少的场景，而epoll则适用于需要处理大规模并发连接且性能要求较高的场景。

更新时间: