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c 网络 io 模型 pdf
网络IO模型网络IO模型主要有阻塞IO、非阻塞IO、IO多路复用（如select、poll、epoll）、信号驱动IO和异步IO等，用于优化网络通信性能。
C语言中的网络I/O模型
在C语言中，网络I/O模型是处理网络通信的一种方式，它决定了程序如何与网络进行交互，包括如何处理数据的发送和接收，以下是几种常见的网络I/O模型：
1. 阻塞I/O（Blocking I/O）
描述：
在阻塞I/O模型中，当一个进程调用recvfrom()时，系统调用会一直阻塞，直到有数据可读或发生错误。
这种模型简单直观，但效率低下，因为CPU在等待数据时无法执行其他任务。
示例代码：
int main() {
int server_fd, client_fd;
struct sockaddr_in address;
int opt = 1;
int addrlen = sizeof(address);
char buffer[1024] = {0};
char hello = "Hello from server";
if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {
perror("socket failed");
exit(EXIT_FAILURE);
}
if (setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR | SO_REUSEPORT, &opt, sizeof(opt))) {
perror("setsockopt");
exit(EXIT_FAILURE);
}
address.sin_family = AF_INET;
address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
address.sin_port = htons(8080);
if (bind(server_fd, (struct sockaddr )&address, sizeof(address))<0) {
perror("bind failed");
exit(EXIT_FAILURE);
}
if (listen(server_fd, 3) < 0) {
perror("listen");
exit(EXIT_FAILURE);
}
if ((client_fd = accept(server_fd, (struct sockaddr )&address, (socklen_t)&addrlen))<0) {
perror("accept");
exit(EXIT_FAILURE);
}
read(client_fd, buffer, 1024);
printf("%s
",buffer );
send(client_fd , hello , strlen(hello) , 0 );
printf("Hello message sent
");
return 0;
}
2. 非阻塞I/O（Non-blocking I/O）
描述：
在非阻塞I/O模型中，recvfrom()调用会立即返回，即使没有数据可读，这允许程序继续执行其他任务。
需要使用select()、poll()或epoll()等机制来检查文件描述符的状态。
示例代码：
int main() {
int server_fd, client_fd;
struct sockaddr_in address;
int opt = 1;
int addrlen = sizeof(address);
char buffer[1024] = {0};
char hello = "Hello from server";
if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {
perror("socket failed");
exit(EXIT_FAILURE);
}
if (setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR | SO_REUSEPORT, &opt, sizeof(opt))) {
perror("setsockopt");
exit(EXIT_FAILURE);
}
address.sin_family = AF_INET;
address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
address.sin_port = htons(8080);
if (bind(server_fd, (struct sockaddr )&address, sizeof(address))<0) {
perror("bind failed");
exit(EXIT_FAILURE);
}
if (listen(server_fd, 3) < 0) {
perror("listen");
exit(EXIT_FAILURE);
}
if ((client_fd = accept(server_fd, (struct sockaddr )&address, (socklen_t)&addrlen))<0) {
perror("accept");
exit(EXIT_FAILURE);
}
// Set the socket to non-blocking mode
fcntl(client_fd, F_SETFL, O_NONBLOCK);
while (1) {
ssize_t valread = read(client_fd, buffer, 1024);
if (valread > 0) {
printf("%s
", buffer);
send(client_fd, hello, strlen(hello), 0);
printf("Hello message sent
");
} else {
usleep(100000); // Sleep for a short time before trying again
}
}
return 0;
}
3. I/O多路复用（I/O Multiplexing）
描述：
I/O多路复用模型使用select()、poll()或epoll()系统调用来监视多个文件描述符，以查看它们是否就绪，这允许单个线程高效地处理多个连接。
示例代码：
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
int main() {
int server_fd, client_fd;
struct sockaddr_in address;
int opt = 1;
int addrlen = sizeof(address);
char buffer[1024] = {0};
char hello = "Hello from server";
fd_set readfds;
if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {
perror("socket failed");
exit(EXIT_FAILURE);
}
if (setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR | SO_REUSEPORT, &opt, sizeof(opt))) {
perror("setsockopt");
exit(EXIT_FAILURE);
}
address.sin_family = AF_INET;
address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
address.sin_port = htons(8080);
if (bind(server_fd, (struct sockaddr )&address, sizeof(address))<0) {
perror("bind failed");
exit(EXIT_FAILURE);
}
if (listen(server_fd, 3) < 0) {
perror("listen");
exit(EXIT_FAILURE);
}
while (1) {
FD_ZERO(&readfds);
FD_SET(server_fd, &readfds);
struct timeval tv = {5, 0}; // Timeout after 5 seconds
int activity = select(server_fd + 1, &readfds, NULL, NULL, &tv);
if ((activity < 0) && (errno!=EINTR)) {
printf("select error");
}
if (FD_ISSET(server_fd, &readfds)) {
if ((client_fd = accept(server_fd, (struct sockaddr )&address, (socklen_t)&addrlen))<0) {
perror("accept");
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("New connection, socket fd is %d, ip is : %s, port: %d
", client_fd, inet_ntoa(address.sin_addr), ntohs(address.sin_port));
// Add the new socket to the set of sockets we are monitoring
FD_SET(client_fd, &readfds);
} else {
// No data within five seconds. Terminate after a few iterations.
}
}
return 0;
}
4. 信号驱动I/O（Signal-driven I/O）
描述：
在这种模型中，进程通过signal()系统调用为SIGIO信号注册一个处理器，当数据准备就绪时，内核会发送SIGIO信号给进程，进程可以在信号处理函数中调用recvfrom()读取数据。
这种模型不常用，因为它不如其他模型灵活和高效。
5. 异步I/O（Asynchronous I/O）
描述：
异步I/O模型允许进程通知内核在数据准备好时执行回调函数，这通常涉及使用aio库或操作系统特定的API。
这种模型非常高效，因为它允许程序在等待I/O操作完成时执行其他任务，它也更复杂，需要更多的设置和资源管理。
示例代码：
#include <aio.h> #include <fcntl.h> #include <errno.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <signal.h> #include <sys/stat.h> #include <sys/types.h> #include <sys/wait.h> #include <sys/time.h> #include <sys/resource.h> #include <time.h> #include <math.h> #include <limits.h> #include <float.h> #include <locale.h> #include <byteswap.h> #include <endian.h> #include <sys/epoll.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> #include <sys/socket.h> #include <netdb.h> #include <ifaddrs.h> #include <sys/un.h> #include <sys/ioctl.h> #include <net/if.h> #include <linux/if_tun.h> #include <sys/mman.h> #include <fcntl.h> #include <sys/sendfile.h> #include <sys/stat.h> #include <sys/types.h> #include <sys/uio.h> #include <unistd.h> #include <fcntl.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <netinet/sctp.h> #include <netinet/udp.h> #include <netinet/tcp.h> #include <arpa/inet.h> #include <netdb.h> #include <syslog.h> #include <grp.h> #include <pwd.h> #include <pthread.h> #include <semaphore.h> #include <sys/msg.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h> #include <sys/sem.h> #include <sys/ioctl.h> #include <net/if.h> #include <linux/if_tun.h> #include <sys/mman.h> #include <fcntl.h> #include <sys/sendfile.h> #include <sys/stat.h> #include <sys/types.h> #include <sys/uio.h> #include <unistd.h> #include <fcntl.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <netinet/sctp.h> #include <netinet/udp.h> #include <netinet/tcp.h> #include <arpa/inet.h> #include <netdb.h> #include <syslog.h> #include <grp.h> #include <pwd.h> #include <pthread.h> #include <semaphore.h> #include <sys/msg.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h> #include <sys/sem.h> #include <sys/ioctl.h> #include <net/if.h> #include <linux/if_tun.h> #include <sys/mman.h> #include <fcntl.h> #include <sys/sendfile.h> #include <sys/stat.h> #include <sys/types.h> #include <sys/uio.h> #include <unistd.h> #include <fcntl.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <netinet/sctp.h> #include <netinet/udp.h> #include <netinet/tcp.h> #include <arpa/inet.h> #include <netdb.h> #include <syslog.h> #include <grp.h> #include <pwd.h> #include <pthread.h> #include <semaphore.h> #include <sys/msg.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h> #include <sys/sem.h> #include <sys/ioctl.h> #include <net/if.h> #include <linux/if_tun.h> #include <sys/mman.h> #include <fcntl.h>
