# 網絡，第 7 部分：非阻塞 I O，select（）和 epoll > 原文：<https://github.com/angrave/SystemProgramming/wiki/File-System%2C-Part-7%3A-Scalable-and-Reliable-Filesystems> ### 不要浪費時間等待 通常，當您調用`read()`時，如果數據不可用，它將等到數據準備就緒，然后函數返回。當您從磁盤讀取數據時，該延遲可能不會很長，但是當您從慢速網絡連接讀取時，如果數據到達，則可能需要很長時間才能到達該數據。 POSIX 允許您在文件描述符上設置一個標志，以便對該文件描述符的`read()`的任何調用都將立即返回，無論它是否已完成。使用此模式下的文件描述符，您對`read()`的調用將啟動讀取操作，當它正在工作時，您可以執行其他有用的工作。這稱為“非阻塞”模式，因為對`read()`的調用不會阻止。 要將文件描述符設置為非阻塞： ```c // fd is my file descriptor int flags = fcntl(fd, F_GETFL, 0); fcntl(fd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK); ``` 對于套接字，可以通過將`SOCK_NONBLOCK`添加到`socket()`的第二個參數，在非阻塞模式下創建它： ```c fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM | SOCK_NONBLOCK, 0); ``` 當文件處于非阻塞模式并且您調用`read()`時，它將立即返回任何可用的字節。假設已從套接字另一端的服務器到達 100 個字節，并調用`read(fd, buf, 150)`。 Read 將立即返回值 100，這意味著它會讀取您要求的 150 個字節中的 100 個。假設您嘗試通過調用`read(fd, buf+100, 50)`來讀取剩余數據，但最后 50 個字節仍未到達。 `read()`將返回-1 并將全局錯誤變量 **errno** 設置為 EAGAIN 或 EWOULDBLOCK。這是系統告訴你數據尚未準備好的方式。 `write()`也適用于非阻塞模式。假設您要使用套接字將 40,000 個字節發送到遠程服務器。系統一次只能發送這么多字節。通用系統一次可以發送大約 23,000 個字節。在非阻塞模式下，`write(fd, buf, 40000)`將返回它能夠立即發送的字節數，或大約 23,000。如果你再次調用`write()`，它將返回-1 并將 errno 設置為 EAGAIN 或 EWOULDBLOCK。這是系統告訴你它仍然忙于發送最后一塊數據的方式，并且尚未準備好發送更多數據。 ### 如何檢查 I / O 何時完成？ 有幾種方法。讓我們看看如何使用 _ 選擇 _ 和 _epoll_ 來做到這一點。 #### 選擇 ```c int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout); ``` 給定三組文件描述符，`select()`將等待任何這些文件描述符變為“就緒”。 * `readfds` - 當有數據可以讀取或達到 EOF 時，`readfds`中的文件描述符就緒。 * `writefds` - 當對 write（）的調用成功時，`writefds`中的文件描述符就緒。 * `exceptfds` - 系統特定的，沒有明確定義。只需為此傳遞 NULL。 `select()`返回準備好的文件描述符總數。如果它們在 _ 超時 _ 定義的時間內沒有準備就緒，它將返回 0.在`select()`返回后，調用者需要遍歷 readfds 和/或 writefds 中的文件描述符以查看哪些文件描述符準備好了。由于 readfds 和 writefds 同時充當輸入和輸出參數，當`select()`指示存在準備好的文件描述符時，它將覆蓋它們以僅反映??準備好的文件描述符。除非調用者只打算調用`select()`一次，否則在調用它之前保存 readfds 和 writefds 的副本是個好主意。 ```c fd_set readfds, writefds; FD_ZERO(&readfds); FD_ZERO(&writefds); for (int i=0; i < read_fd_count; i++) FD_SET(my_read_fds[i], &readfds); for (int i=0; i < write_fd_count; i++) FD_SET(my_write_fds[i], &writefds); struct timeval timeout; timeout.tv_sec = 3; timeout.tv_usec = 0; int num_ready = select(FD_SETSIZE, &readfds, &writefds, NULL, &timeout); if (num_ready < 0) { perror("error in select()"); } else if (num_ready == 0) { printf("timeout\n"); } else { for (int i=0; i < read_fd_count; i++) if (FD_ISSET(my_read_fds[i], &readfds)) printf("fd %d is ready for reading\n", my_read_fds[i]); for (int i=0; i < write_fd_count; i++) if (FD_ISSET(my_write_fds[i], &writefds)) printf("fd %d is ready for writing\n", my_write_fds[i]); } ``` [有關 select（）](http://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699919799/functions/select.html)的更多信息 ## epoll 的 _epoll_ 不是 POSIX 的一部分，但它受 Linux 支持。這是一種等待許多文件描述符的更有效方法。它會告訴你準確的描述符。它甚至為您提供了一種方法，可以使用每個描述符存儲少量數據，如數組索引或指針，從而可以更輕松地訪問與該描述符關聯的數據。 要使用 epoll，首先必須使用 [epoll_create（）](http://linux.die.net/man/2/epoll_create)創建一個特殊的文件描述符。您不會讀取或寫入此文件描述符;你只需將它傳遞給其他 epoll_xxx 函數并在結尾處調用 close（）。 ```c epfd = epoll_create(1); ``` 對于要使用 epoll 監視的每個文件描述符，您需要使用 [epoll_ctl（）](http://linux.die.net/man/2/epoll_ctl)和`EPOLL_CTL_ADD`選項將其添加到 epoll 數據結構中。您可以向其添加任意數量的文件描述符。 ```c struct epoll_event event; event.events = EPOLLOUT; // EPOLLIN==read, EPOLLOUT==write event.data.ptr = mypointer; epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, mypointer->fd, &event) ``` 要等待某些文件描述符準備就緒，請使用 [epoll_wait（）](http://linux.die.net/man/2/epoll_wait)。它填充的 epoll_event 結構將包含您在添加此文件描述符時在 event.data 中提供的數據。這使您可以輕松查找與此文件描述符關聯的自己的數據。 ```c int num_ready = epoll_wait(epfd, &event, 1, timeout_milliseconds); if (num_ready > 0) { MyData *mypointer = (MyData*) event.data.ptr; printf("ready to write on %d\n", mypointer->fd); } ``` 假設您正在等待將數據寫入文件描述符，但現在您要等待從中讀取數據。只需將`epoll_ctl()`與`EPOLL_CTL_MOD`選項一起使用即可更改您正在監控的操作類型。 ```c event.events = EPOLLOUT; event.data.ptr = mypointer; epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_MOD, mypointer->fd, &event); ``` 要從 epoll 中取消訂閱一個文件描述符，同時保留其他文件描述符，請將`epoll_ctl()`與`EPOLL_CTL_DEL`選項一起使用。 ```c epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, mypointer->fd, NULL); ``` 要關閉 epoll 實例，請關閉其文件描述符。 ```c close(epfd); ``` 除了非阻塞`read()`和`write()`之外，對非阻塞套接字的`connect()`的任何調用也將是非阻塞的。要等待連接完成，請使用`select()`或 epoll 等待套接字可寫。 ## 有趣的 Blogpost 關于邊緣情況與選擇 [https://idea.popcount.org/2017-01-06-select-is-fundamentally-broken/](https://idea.popcount.org/2017-01-06-select-is-fundamentally-broken/)