【网络】【操作系统】详解 select、poll、epoll

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发布于: 2021 年 04 月 24 日

看到这张图你能够完全理解吗。

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1.多路复用的意思：多路复用的意思，就是在任何一路 I/O 有“事件”发生的情况下，通知应用程序去处理相应的 I/O 事件，这样我们的程序就变成了“多面手”，在同一时刻仿佛可以处理多个 I/O 事件。

2.应用条件：

标准输入文件描述符准备好可以读。
监听套接字准备好，新的连接已经建立成功。
已连接套接字准备好可以写。
如果一个 I/O 事件等待超过了 10 秒，发生了超时事件。

3.中断的概念：

在 cpu 运行着进程 A 时，进程 B 发起一个中断请求 IRQ，中断处理程序进行处理请求，将进程 A 挂起，然后运行进程 B。

中断的过程：将当前运行的进程的运行信息保存到该进程的描述符。根据进程描述符的内核态堆栈指针切换到内核态。根据来到的 IRQ 在中断表里面查找所属的中断处理程序。运行该中断处理程序。（看似是进程执行的中断，但和进程没什么关系）

4.硬中断的概念：

对于计算机硬件的，一般来说是与当时 CPU 请求是异步的（没关系的），比如网关来了一个报文，

5.软中断的理解：

CPU 在执行一段代码段是遇到问题，进行中断，由用户态切换到内核态。

6.每次中断都有其对应的中断处理程序。

7 每个进程都在用户态和内核态拥有一个堆栈。

8.为什么要有两种状态（内核态、用户态）

内核态和用户态的”权限不同“。防止每个程序都分配过多资源。用户态的进程能够访问的资源受到了极大的控制，而运行在内核态的进程可以“为所欲为”。

一个进程可以运行在用户态也可以运行在内核态，那它们之间肯定存在用户态和内核态切换的过程。

打一个比方：C 库接口 malloc 申请动态内存，malloc 的实现内部最终还是会调用 brk（）或者 mmap（）系统调用来分配内存。

9.从用户态到内核态切换可以通过三种方式：

系统调用，这个上面已经讲解过了，在我公众号之前的文章也有讲解过。其实系统调用本身就是中断，但是软件中断，跟硬中断不同。
异常：如果当前进程运行在用户态，如果这个时候发生了异常事件，就会触发切换。例如：缺页异常。
外设中断：当外设完成用户的请求时，会向 CPU 发送中断信号。

10.socket 的小 demo

11.socket 底层逻辑图

12.阻塞模式下的情况

写

（1）要传输的数据大于输出缓冲区的大小，需要分开传输，还没传输的挂起。

（2）输出缓冲区 TCP 正在输出别的数据，需要 TCP 释放输出缓冲区才能写。

读

（1）如果输入缓存区没有数据，则系统调用的方法挂起。

（2）缓冲区数据太多，每次 read 只能读一部分，需要一直慢慢读直到读完

13.非阻塞模式下

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写

（1）如果向输出缓冲区写的数据太多了，分批发送，但是会马上告诉你发送了多少。

（2）如果空间为 0，会马上告诉你缓冲区满了，由上次程序决定怎么做。（而阻塞则会一直挂起，等待缓冲区释放）

14.进程进行用户态到内核态的切换过程：

　　1.从当前进程的描述符中提取其内核栈的 ss0 及 esp0 信息。

　　2.使用 ss0 和 esp0 指向的内核栈将当前进程的 cs,eip,eflags,ss,esp 信息保存起来，这个过程也完成了由用户栈到内核栈的切换过程，同时保存了 z 暂停执行的程序的下一条指令。

　　3.将先前由中断向量检索得到的中断处理程序的 cs,eip 信息装入相应的寄存器，开始执行中断处理程序，这时就转到了内核态的程序执行了。

15.Linux 的一切都是文件 fd。

16.select 函数

#include <sys/select.h>   
    int select(int maxfdp1, fd_set *readset, fd_set *writeset, fd_set *exceptset,struct timeval *timeout);

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1）maxfdpl 　　最大有效位。（因为 fd_set 是以 bitmap 来保存数据的 linux 默认 1024 位 bitmap 最大有效位之后不需要检查）

2）fd_set *readset 　　可读文件描述符集

3)fd_set *writeset　　可写文件描述符集

4)fd_set *exceptset　　异常文件描述符集

5)timeout　　超时时间

Linux select 函数的宏

 
#include <sys/select.h>   
int FD_ZERO(int fd, fd_set *fdset);  //将描述符集全部置0
int FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);   //
int FD_SET(int fd, fd_set *fd_set);   //将某个位置位
int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset); //检查某个位是否被置位

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