面试题：C语言异步I/O的事件处理机制

1. I/O事件处理原理

在Linux C语言异步I/O实现中，常见的事件处理机制有select、poll和epoll等。以epoll为例，其原理如下：

内核态与用户态交互优化：epoll采用了内核事件表，通过epoll_create创建一个epoll实例，在内核空间中开辟了一块区域用于存放监控的文件描述符。这样就避免了每次调用像select那样将所有文件描述符从用户态拷贝到内核态的开销。
事件通知方式：epoll有两种事件通知模式，水平触发（LT, Level Triggered）和边缘触发（ET, Edge Triggered）。水平触发模式下，只要文件描述符对应的缓冲区还有未处理的数据，就会一直触发事件；边缘触发模式下，只有当文件描述符对应的缓冲区状态发生变化（比如有新数据可读）时才会触发事件，这种模式要求应用程序在接收到事件后尽可能多地处理数据，通常性能更高，但编程难度也稍大。

2. 代码示例

以下是一个使用epoll处理异步I/O事件的简单示例，以监听标准输入（键盘输入）为例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <unistd.h>

#define MAX_EVENTS 10

int main() {
    int epollFd, nfds;
    struct epoll_event ev, events[MAX_EVENTS];
    char buffer[1024];

    // 创建epoll实例
    epollFd = epoll_create1(0);
    if (epollFd == -1) {
        perror("epoll_create1");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 添加标准输入（文件描述符0）到epoll实例中，监听读事件
    ev.events = EPOLLIN;
    ev.data.fd = STDIN_FILENO;
    if (epoll_ctl(epollFd, EPOLL_CTL_ADD, STDIN_FILENO, &ev) == -1) {
        perror("epoll_ctl: STDIN_FILENO");
        close(epollFd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 等待事件发生
    for (;;) {
        nfds = epoll_wait(epollFd, events, MAX_EVENTS, -1);
        if (nfds == -1) {
            perror("epoll_wait");
            break;
        }

        for (int n = 0; n < nfds; ++n) {
            if (events[n].data.fd == STDIN_FILENO) {
                ssize_t count = read(STDIN_FILENO, buffer, sizeof(buffer));
                if (count == -1) {
                    perror("read");
                    break;
                } else if (count == 0) {
                    printf("End of input\n");
                    close(epollFd);
                    exit(EXIT_SUCCESS);
                } else {
                    buffer[count] = '\0';
                    printf("Read: %s", buffer);
                }
            }
        }
    }

    close(epollFd);
    return 0;
}

在这个示例中：

首先使用epoll_create1创建一个epoll实例。
然后使用epoll_ctl将标准输入（文件描述符为STDIN_FILENO即0）添加到epoll实例中，监听读事件（EPOLLIN）。
接着在一个无限循环中调用epoll_wait等待事件发生。当有事件发生时，检查事件对应的文件描述符是否为标准输入，如果是则读取输入数据并打印。

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面试题：C语言异步I/O的事件处理机制

知识考点

面试题答案

1. I/O事件处理原理

2. 代码示例