高性能服务器编程-----I/O多路复用（select）

我们从多进程/多线程编程到进程池与线程池编程，效率在一步一步提高，但是对于线程池/进程池还是有个弊端，就是一旦分配一个进程/线程与某一个客户端进行交互时，这个进程/线程不论客户端有没有事件请求，都必须等待直到客户端与其断开这个进程/线程才能与其他客户端进行交互，实际上这是非常不好的，因为我们根本不知道客户端什么时候断开链接，那么在客户端没有事件请求的时候，我们怎么样将这些时间利用起来处理有事件发生的客户端连接呢？如何将多个文件描述符同一监听，当任意一个文件描述符上有事件发生就能够及时处理呢？

什么是I/O多路复用？

多路是个什么概念？

多路指的是多条独立的i/o流，i/o流可以这么理解：读是一条流（称之为读流，比如输入流），写是一条流（称之为写流，比如输出流），异常也是一条流（称之为异常流），每条流用一个文件描述符来表示，同一个文件描述符可以同时表示读流和写流。

复用的是什么东西？

复用的是线程，复用线程来跟踪每路io的状态，然后用一个线程就可以处理所有的io

总的来说I/O多路复用就是一个线程追踪多条io流（读，写，异常），但cpu不使用轮询，而是由设备本身告知程序哪条流可用了，这样一来就解放了cpu，也充分利用io资源（一个线程同时监听多个文件描述符，相当于一条路可以很多人同时走）

我们为什么不用循环来处理io流呢？

有人会说我不用这个I/O多路复用也能在一个线程就处理完所有的io流，用个循环挨个处理一次不就解决了嘛？那为什么还要提出这个技术呢？原因我们想的方法（轮询）效率太低了，资源利用率也不高。如果某个io被设置成了阻塞io，那么其他的io都将被卡死，也就浪费掉了其他的io资源。另一方面，假设所有io被设置成非阻塞，那么cpu一天到晚也不用干别的事了，就在这不停的问，现在可以进行io操作了吗，直到有一个设备准备好环境才能进行io，也就是在设备准备io环境的这一段时间，cpu是没必要瞎问的，问了也没结果。

为什么不选择多线程/多进程来处理呢，这样就不会阻塞了呀？

硬件发展起来了，有了多核的概念，也就有了多线程。这个时候可以这样做，来一条io我开一个线程，这样的话再也不用轮询了。然而，管理线程是很耗费系统资源的，另外线程之间的交互是十分麻烦的（开发人员很头疼）。这样一来程序的复杂性蹭蹭蹭地往上涨，io效率是可能提高了，但是软件的开发效率以及维护效率却可能减低了。

I/O复用接口---select

linux下这一技术有三个实现，select，poll，epoll（只支持linux）

select在一段指定时间内，监听用户感兴趣的文件描述符上的可读，可写，异常等事件，即将多个文件描述符统一监听。

select  API

#include 
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

//成功返回就绪文件描述符总数，若超时时间没有事件就绪，返回0，出错返回-1

• nfds：指定被监听的文件描述符的总数，被设置为上面三种事件中最大的文件描述符+1（比它大的就不需要监听了，文件描述符从0开始计数）
• readfds，读流集合，也就是程序员希望从这些描述符中读内容
• writefds，写流集合，也就是程序员希望向这些描述符中写内容
• exceptfds，异常流集合，也就是中间过程发送了异常
• timeout，设置select的超时时间

fd_set结构体

可以看出fd_set实际上就是一个long int型的32个元素的整形数组，该数组的每一位标记一个文件描述符，也即最大能监听的文件描述符的个数是1024个，最大文件描述符是1023.

系统提供了一组宏来访问fd_set结构体中的位：

#include
FD_SET(int fd, fd_set* _fdset)，把fd加入_fdset集合中
FD_CLR(int fd, fd_set* _fdset)，把fd从_fdset集合中清除
FD_ISSET(int fd, fd_set* _fdset)，判定fd是否在_fdset集合中
FD_ZERO(fd_set* _fdset)，清除_fdset有描述符

struct timeval结构体

timeout有三种取值：

• NULL，select一直阻塞，直到readfds、writefds、exceptfds集合中至少一个文件描述符就绪select才返回
• 0，select不阻塞
• timeout_value，select在timeout_value这个时间段内阻塞，有事件就绪就返回或者超时返回

如果非得与“多路”这个词关联起来，那就是readfds+writefds+exceptfds的数量和就是路数。

代码实现

内核是如何告诉通知我们有事件发生了呢？看下图

实现前几点注意问题

<1>select返回的时候返回全部的文件描述符，我需要循环来确定那个文件描述符上的事件发生了

<2>select返回会将我们fd_set结构的变量更改，所以我每次select之前需要重置fd_set的值，所以用户必须自己保存所有文件描述符的值已为下次重置

示例代码：

#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define LEN 1024
void InitFds(int *fds)   //初始化fds
{
	memset(fds,-1,sizeof(int)*LEN);  //设置为-1
}
void InsertFds(int *fds,int fd)
{
	int i=0;
	for(;imaxfd)
				{
					maxfd=fds[i];  
				}
				FD_SET(fds[i],&readfds);
			}
		}
		int n=select(maxfd+1,&readfds,NULL,NULL,NULL); //启动监听，会阻塞的，有事件就绪才会返回
		if(n<=0)  //不存在超时，因为timeout设置NULL，出错-1
		{
			printf("Select error\n");
			continue;
		}
		else
		{
			for(i=0;i