Linux I/O复用——select()

原创： 编程TWO 编程小兔崽 今天

今天跟大家介绍一个函数，这个函数在Linux编程里边特别重要，很多地方都用到。

select()函数

函数原型

int select(int n,fd_set * readfds,fd_set * writefds,fd_set * exceptfds,struct timeval * timeout);

参数分析：nfds+1，在其后的读、写、异常、超时找模式运行

函数说明

select()用来等待文件描述词状态的改变。参数n代表最大的文件描述词加1，参数readfds、writefds 和exceptfds 称为描述词组，是用来回传该描述词的读，写或例外的状况。底下的宏提供了处理这三种描述词组的方式:

 

FD_CLR(inr fd,fd_set* set)；用来清除描述词组set中相关fd 的位

FD_ISSET(int fd,fd_set *set)；用来测试描述词组set中相关fd 的位是否为真

FD_SET（int fd,fd_set*set）；用来设置描述词组set中相关fd的位

FD_ZERO（fd_set *set）； 用来清除描述词组set的全部位

 

结构体说明

先说明两个结构体： 

 struct fd_set可以理解为一个集合，这个集合中存放的是文件描述符(filedescriptor)，即文件句柄，这可以是我们所说的普通意义的文件，当然Unix下任何设备、管道、FIFO等都是文件形式，全部包括在内，所以毫无疑问一个socket就是一个文件，socket句柄就是一个文件描述符。 

 

fd_set集合可以通过一些宏由人为来操作，比如 

清空集合FD_ZERO(fd_set *)； 

 

将一个给定的文件描述符加入集合之中FD_SET(int ,fd_set*)； 

 

将一个给定的文件描述符从集合中删除FD_CLR(int,fd_set*)； 

检查集合中指定的文件描述符是否可以读写FD_ISSET(int ,fd_set* )。

 

struct timeval是一个常用的结构，用来代表时间值，有两个成员，一个是秒数，另一个是毫秒数。如下所示：

 

struct timeval

{

    time_t tv_sec;

    time_t tv_usec;

};

错误代码

执行成功则返回文件描述词状态已改变的个数，如果返回0代表在描述词状态改变前已超过timeout时间，当有错误发生时则返回-1，错误原因存于errno，此时参数readfds，writefds，exceptfds和timeout的值变成不可预测。

 

EBADF 文件描述词为无效的或该文件已关闭

EINTR 此调用被信号所中断

EINVAL 参数n 为负值。

ENOMEM 核心内存不足

 

具体参数说明： 

  ( 1) int n:是一个整数值，是指集合中所有文件描述符的范围，即所有文件描述符的最大值加1，不能错！在Windows中这个参数的值无所谓，可以设置不正确。 

  

 ( 2) fd_set*readfds是指向fd_set结构的指针，这个集合中应该包括文件描述符，我们是要监视这些文件描述符的读变化的，即我们关心是否可以从这些文件中读取数据了，如果这个集合中有一个文件可读，select就会返回一个大于0的值，表示有文件可读，如果没有可读的文件，则根据timeout参数再判断是否超时，若超出timeout的时间，select返回0，若发生错误返回负值。可以传入NULL值，表示不关心任何文件的读变化。 

 

(3) fd_set*writefds是指向fd_set结构的指针，这个集合中应该包括文件描述符，我们是要监视这些文件描述符的写变化的，即我们关心是否可以向这些文件中写入数据了，如果这个集合中有一个文件可写，select就会返回一个大于0的值，表示有文件可写，如果没有可写的文件，则根据timeout参数再判断是否超时，若超出timeout的时间，select返回0，若发生错误返回负值。可以传入NULL值，表示不关心任何文件的写变化。 

 

( 4) fd_set *errorfds同上面两个参数的意图，用来监视文件错误异常。 

   

( 5)struct timeval *timeout是select的超时时间，这个参数至关重要，它可以使select处于三种状态，第一，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；第二，若将时间值设为0秒0毫秒，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；第三，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，返回值同上述。

 

  (1)、recv、send、select......都是阻塞函数

  但是在这里用阻塞函数-------->解决非阻塞问题；

  (2)、当可读事件发生时，区别两种情况：

  a、请求与服务器的连接；   b、已经连接好了，直接进行通信；

  (3)、每次都要重置，只留下一个客户端即可。

  (4)、select()是轮询模式，走访所有的套接字；时间设置为0，不阻塞，直接返回。

4、I/O复用的本质

  对其返回值(select().....)需要特别注意，< == >按不同的情况进行处理；

  I/O复用只关心：服务器在跟哪个客户打交道；

 

1、Linux I/O多路复用

  之前：我们的处理是，每到来一个客户端，都为其开辟一个新的进/线程，对其进行一对一的服务，这是VIP的模式；在高并发情况下，将造成资源消耗过大。

  现在，对应高并发：一个线程为多个客户服务；

  同一个时刻，只能为一个客户服务(作用排队);

模型分析

此时就会产生select()、poll()、epoll()模式

5、代码实现

(1)、utili.h

#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define SERVER_IP "127.0.0.1"
#define SERVER_PORT  8787
#define LISTEN_QUEUE 5
#define SIZE 10
#define BUFFER_SIZE 256

  (2)、ser.c

#include"../utili.h"
typedef struct server_context_st
{
   int cli_cnt; //有多少个客户端
   int clifds[SIZE]; //客户端套接字集合
   fd_set allfds; //套接字集合
   int maxfd;     //套接字中最大的一个}server_context_st;static server_context_st *s_srv_ctx = NULL;static void server_uninit(){
   if(s_srv_ctx)
   {
       free(s_srv_ctx);
       s_srv_ctx = NULL;
   }  
   }
   
   static void server_init()
   {
       int i;
       s_srv_ctx = (server_context_st*)malloc(sizeof(server_context_st));
       assert(s_srv_ctx != NULL);
       memset(s_srv_ctx, 0, sizeof(server_context_st));
       for(i=0; i        {
           s_srv_ctx->clifds[i] = -1;
   }  
   }s
   tatic int create_server_proc(const char *ip, int port)
   {
       printf("ip>%s\n",ip);
       printf("port:>%d\n",port);
       int fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
       struct sockaddr_in addrSer;
       addrSer.sin_family = AF_INET;
       addrSer.sin_port = htons(port);
       addrSer.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
       socklen_t len = sizeof(struct sockaddr);

       int yes = 1;
       setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &yes, sizeof(int));

       bind(fd, (struct sockaddr*)&addrSer, len);
       listen(fd, LISTEN_QUEUE);
       return fd;}static int accept_client_proc(int srvfd){
       struct sockaddr_in cliaddr;
       socklen_t len = sizeof(struct sockaddr);
       int clifd = accept(srvfd, (struct sockaddr*)&cliaddr, &len);

       printf("Server Accept Client Connect OK.\n");
       int i;
       for(i=0; i        {
           if(s_srv_ctx->clifds[i] == -1)
           {
               s_srv_ctx->clifds[i] = clifd;
               s_srv_ctx->cli_cnt++;
               break;
       }
   }

   if(i == SIZE)
   {
       printf("too many client.\n");
   }
   }
   static void handle_client_msg(int fd, char *buf)
   {
       printf("recv buffer :>%s\n",buf);
       send(fd, buf, strlen(buf)+1, 0);}static void recv_client_msg(fd_set *readfds){
       int clifd;
       char buffer[BUFFER_SIZE];
       int i;

       for(i=0; i<=s_srv_ctx->cli_cnt; ++i)
       {
           clifd = s_srv_ctx->clifds[i];
           if(clifd < 0)
           {
               continue;
           }  
       if(FD_ISSET(clifd, readfds))
       {
           recv(clifd, buffer, BUFFER_SIZE, 0);
           handle_client_msg(clifd, buffer);
       }
   }
   }
       static void handle_client_proc(int srvfd)
       {
       int clifd = -1;
       fd_set *readfds = &s_srv_ctx->allfds;

       int retval;

       int i;
       struct timeval tv;
       while(1)
       {
           FD_ZERO(readfds);
           FD_SET(srvfd, readfds);
           s_srv_ctx->maxfd = srvfd;
           for(i=0; icli_cnt; ++i)
           {
               clifd = s_srv_ctx->clifds[i];
           FD_SET(clifd, readfds);
           s_srv_ctx->maxfd = (clifd > s_srv_ctx->maxfd ? clifd : s_srv_ctx->maxfd);
       }    
       //retval  =select(maxfd+1, NULL, NULL, readfds)

       tv.tv_sec = 0;
       tv.tv_usec = 0;
       retval = select(s_srv_ctx->maxfd+1, readfds, NULL, NULL, &tv);
       if(retval == -1){   //错误返回
           perror("select");
           return ;
       }
       if(retval == 0){   //处理超时
           printf("Server Wait Time Out.\n");
           continue;
       }

       if(FD_ISSET(srvfd, readfds)){
           accept_client_proc(srvfd); //处理客户端的连接
       }else{
           recv_client_msg(readfds); //服务器接收客户端的消息
       }

   }
   }
   
   int main(int argc, char *argv[])
   {
       server_init();
       int srvfd = create_server_proc(SERVER_IP, SERVER_PORT);
       handle_client_proc(srvfd);
       return 0;
       }

(3)、cli.c

#include"../utili.h"
static void handle_connection(int sockfd)
{
   fd_set readfds;
   int retval = 0;
   char buffer[BUFFER_SIZE];
   int maxfd;
   while(1)
   {
       FD_ZERO(&readfds);
       FD_SET(sockfd, &readfds);
       maxfd = sockfd;

       retval = select(maxfd+1, &readfds, NULL, NULL, NULL);
       if(retval == -1)
       {
           perror("select");
           return;
       }  

       if(FD_ISSET(sockfd, &readfds))
       {
           recv(sockfd, buffer, BUFFER_SIZE, 0);
           printf("client recv self msg:> %s\n",buffer);
           //sleep(1);
           printf("Msg:>");
           scanf("%s",buffer);
           send(sockfd, buffer, strlen(buffer)+1, 0);
       }  
   }  
   }
   int main(int argc, char *argv[])
   {
       int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
       struct sockaddr_in addrSer;
       addrSer.sin_family = AF_INET;
       addrSer.sin_port = htons(SERVER_PORT);
       addrSer.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP);
       int retval = connect(sockfd, (struct sockaddr*)&addrSer, sizeof(struct sockaddr));
       if(retval == -1)
       {
           perror("connect");
           return -1;
   }
   else
   {
       printf("Client Connect Server OK.\n");
   }

       send(sockfd, "hello server.", strlen("hello server")+1, 0);
       handle_connection(sockfd);
       return 0;
   }

运行结果

服务器端：一直在等待客户端的连接，比较快，图不好截取；

客户端1

客户端2

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