linux下的I/O复用模型之select详解

1. select函数详解

int select(int maxfdp, fd_set *readfds, fd_set *writefds, 
   			fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
参数：
(1)maxfdp：	当前最大描述符数+1
(2)readfds：	指向一个套接字集合，用于检测其可读性	
(3)writefds：	指向一个套接字集合，用于检测其可写性	
(4)exceptfds：指向一个套接字集合，用于检测错误
(5)timeout:	select函数的超时时间
   结构体如下：
   struct timeval{
       time_t tv_sec;		
       time_t tv_usec;	
   };
   它可以使select处于三种状态：
   （a）若将NULL以形参传入，即不传入时间结构，就是将select置于阻塞状态，
   	一定等到监视文件描述符集合中某个文件描述符发生变化为止；
   （b）若将时间值设为0秒0微秒，就变成一个纯粹的非阻塞函数，
   	不管文件描述符是否有变化，都立刻返回继续执行，
   	文件无变化返回0，有变化返回一个正值；
   （c）timeout的值大于0，这就是等待的超时时间，即 select在timeout时间内阻塞，
   	超时时间之内有事件到来就返回了，否则在超时后不管怎样一定返回。

fd_set其实这是一个数组的宏定义，实际上是一long类型的数组，
每一个数组元素都能与一打开的文件句柄(socket、文件、管道、设备等)建立联系，
建立联系的工作由程序员完成，当调用select()时，由内核根据IO状态修改fd_set的内容，
由此来通知执行了select()的进程哪个句柄可读。
＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝
ps:
linux下的fd_set结构和windows下的fd_set结构还是有所不同的，
Windows系统下的fd_count和fd_array[]是不可以使用的

系统提供了以下宏可以在不同的套接字环境中提高移植性
（1）FD_CLR(s,*set)：从集合set中删除套接字s
（2）FD_ISSET(s,*set)：若套接字s是集合中的一员，返回值非0，否则是0
（3）FD_SET(s,*set) ：将套接字s添加到集合中
（4）FD_ZERO(*set)：将set集合初始化为空集NULL

2. select模型流程（重点）
   select函数返回的是就绪socket的数量，用户需要自定义数组来保存就绪的socket并且处理。
   fd_set这个结构只是负责监听，但是要注意需要我们自己人为的将传入时的集合（inset）和传出时的集合（outset）分离开来。
   inset：代表需要监视的文件描述符，将他们置为1
   outset：代表将就绪的socket返回时依旧保留为1，其余的就是置为0
   如下图所示：
   

3. 客户端代码

#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include

#define ServerIP "192.168.43.8"
#define ServerPort 27015


int main()
{
	int ret;
	char sendbuf[128];
	bzero(sendbuf,sizeof(sendbuf));
	

	struct sockaddr_in addrServer;
	bzero(&addrServer,sizeof(addrServer));
	addrServer.sin_family = AF_INET;
	addrServer.sin_port = htons(ServerPort);
	inet_pton(AF_INET,ServerIP,&addrServer.sin_addr.s_addr);
	
	//创建socket
	int clientfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
	if(clientfd ==-1){
		printf("socket error\n");
		return -1;
	}
	//发起连接请求
	ret = connect(clientfd,(struct sockaddr*)&addrServer,sizeof(addrServer));
	if(ret == -1){
		printf("connect error\n");
		close(clientfd);
		return -1;
	}
	
	printf("connect successful.....\n");
	
	printf("Please input sendbuf:");
	scanf("%s",sendbuf);
	
	//发送数据

	ret = send(clientfd,sendbuf,sizeof(sendbuf),0);
	if(ret > 0){
		printf("host send:%s\n",sendbuf);
	}
	close(clientfd);
	return 0;
}

4. select模型的服务器代码

#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include

int main()
{
	//网络初始化
	char recvbuf[1024];
	char ip[16];
	int  ret;
	int	 maxfd;
	int  clientfdArr[1024];

	struct sockaddr_in addrserver,addrclient;
	bzero(&addrserver,sizeof(addrserver));
	bzero(&recvbuf,sizeof(recvbuf));
	bzero(&ip,sizeof(ip));

	addrserver.sin_family = AF_INET;
	addrserver.sin_port = htons(27015);
	addrserver.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

	//创建socket
	int serverfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
	if(serverfd == -1){
		printf("create socket error\n");
		return 1;
	}
	//绑定
	ret = bind(serverfd,(struct sockaddr*)&addrserver,sizeof(addrserver));
	if(ret == -1)
	{
		printf("bind error\n");
		close(serverfd);
		return 1;
	}
	//监听
	ret = listen(serverfd,128);
	if(ret == -1)
	{
		printf("listen error\n");
		close(serverfd);
		return 1;
	}
	printf("Select Server Runing.....\n");
	
	
	//启用select模型

	fd_set inset,outset;			
	FD_ZERO(&inset);				
	FD_SET(serverfd,&inset);		//将serverfd放入readset集合中
	
	//初始化socket描述符数组
	for(int i = 0; i < 1024; ++i)
		clientfdArr[i] = -1;
	
	maxfd = serverfd;
	
	//select循环调用
	while(1)
	{
				
		outset = inset;	//将传入监听集合赋给传出监听集合
		ret = select(maxfd+1,&outset,NULL,NULL,NULL);
		if(ret > 0)
		{
			printf("select successful...\n");
			printf("就绪的数量为:%d\t事件：某客户端请求连接.....\n",ret);
			
			//serverfd就绪
			if(FD_ISSET(serverfd,&outset))
			{
				socklen_t size = sizeof(addrclient);
				int clientfd = accept(serverfd,(struct sockaddr*)&addrclient,&size);
				//将新的clientfd加入监听集合和socket描述符数组中
				FD_SET(clientfd,&inset);
				for(int i = 0; i < 1024; ++i)
					if(clientfdArr[i] == -1){
						clientfdArr[i] = clientfd;
						break;
					}
				maxfd = clientfd > maxfd ? clientfd : maxfd;
			}

			//clientfd就绪,数据传输
			else
			{
				for(int i = 0; i < 1024; ++i)
				{
					if(clientfdArr[i] != -1)
					{
						if(FD_ISSET(clientfdArr[i],&outset))
						{
							ret = recv(clientfdArr[i],recvbuf,sizeof(recvbuf),0);
							if(ret > 0)
							{
								printf("recv data is:%s\n",recvbuf);
								continue;
							}
							else if(ret == 0)
							{
								printf("client normal closed...\n");
								close(clientfdArr[i]);
								FD_CLR(clientfdArr[i],&inset);
								clientfdArr[i] = -1;
								break;
							}
							else{
								printf("recv error\n");
								close(clientfdArr[i]); 
								FD_CLR(clientfdArr[i],&inset);
								clientfdArr[i] = -1;
								break;
							}
						}
					}
				}
			}
		}
		else
		{
			printf("select error\n");
			break;
		}

	}

	close(serverfd);
	return 0;
}

5. 测试结果
   
   6.模型评价：
   （１）系统开销比较小，实现和维护比较方便，局域网首选
   （２）如果ＩＯ复用的时候对时间精度要求较高，select支持微妙级别,而poll,epoll只支持到毫秒级别
   （３）具有良好的兼容性，支持跨平台
   （４）在Linux内核中，select所用到的FD_SET是有限的，由参数FD_SETSIZE来决定，最多也就是1024个
   （５）在内核中采用轮询方法，即每次检测都会遍历所有FD_SET中的句柄，即 select要检测的句柄数越多就会越费时，效率会变得很低。
   （６）select没有将传入传出分离，用户每次要自己准备传入参数，select返回的只是就绪的数量，用户需要自己取出来校验哪个socket就绪，有一定的系统开销
   （７）select函数调用时每次都会将整个监听集合拷贝给内核，内核将集合中所有的socket挂载到设备队列中(里面有大量的重复socket描述符)，这种方案产生大量无意义的拷贝开销和设备挂载开销