Select()系统调用及文件描述符集fd_set的应用

 

Select()系统调用及文件描述符集fd_set的应用
在网络程序中，一个进程同时处理多个文件描述符是很常见的情况。select()系统调用可以使进程检测同时等待的多个I/O设备，当没有设备准备好时，select()阻塞，其中任一设备准备好时，select()就返回。
select()的调用形式为：
#include
#include
int select(int maxfd, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fe_set *exceptfds, const struct timeval *timeout);
select的第一个参数是文件描述符集中要被检测的比特数，这个值必须至少比待检测的最大文件描述符大1；
参数readfds指定了被读监控的文件描述符集；
参数writefds指定了被写监控的文件描述符集；
而参数exceptfds指定了被例外条件监控的文件描述符集。
参数timeout起了定时器的作用：到了指定的时间，无论是否有设备准备好，都返回调用。timeval的结构定义如下：
struct timeval{
long tv_sec; //表示几秒
long tv_usec; //表示几微妙
}
timeout取不同的值，该调用就表现不同的性质：
1．timeout为0，调用立即返回；
2．timeout为NULL，select()调用就阻塞，直到知道有文件描述符就绪；
3．timeout为正整数，就是一般的定时器。
select调用返回时，除了那些已经就绪的描述符外，select将清除readfds、writefds和exceptfds中的所有没有就绪的描述符。select的返回值有如下情况：
1．正常情况下返回就绪的文件描述符个数；
2．经过了timeout时长后仍无设备准备好，返回值为0；
3．如果select被某个信号中断，它将返回‐1并设置errno为EINTR。
4．如果出错，返回‐1并设置相应的errno。
系统提供了4个宏对描述符集进行操作：
#include
#include
void FD_SET(int fd, fd_set *fdset);
void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);
void FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);
void FD_ZERO(fd_set *fdset);
宏FD_SET设置文件描述符集fdset中对应于文件描述符fd的位(设置为1).
宏FD_CLR清除文件描述符集fdset中对应于文件描述符fd的位（设置为0）
宏FD_ZERO清除文件描述符集fdset中的所有位(既把所有位都设置为0)。
使用这3个宏在调用select前.设置描述符屏蔽位，在调用select后使用FD_ISSET来检测文件描述符集fdset中对应于文件描述符fd的位是否被设置。
过去，描述符集被作为一个整数位屏蔽码得到实现，但是这种实现对于多于32个的文件描述符将无法工作。描述符集现在通常用整数数组中的位域表示，数组元素的每一位对应一个文件描述符。例如，一个整数占32位，那么整数数组的第一个元素代表文件描述符0到31，数组的第二个元素代表文件描述符32到63，以此类推。
宏FD_SET设置整数数组中对应于fd文件描述符的位为1，宏FD_CLR设置整数数组中对应于fd文件描述符的位为0，宏FD_ZERO设置整数数组中的所有位都为0。假设执行如下程序后：
#include
#include
fd_set readset;
FD_ZERO(&readset);
FD_SET(5, &readset);
FD_SET(33, &readset);
则文件描述符集readset中对应于文件描述符5和33的相应位被置为1，如图1所示：
再执行如下程序后：
FD_CLR(5, &readset);
则文件描述符集readset对应于文件描述符5的相应位被置为0，如图2所示：
通常，操作系统通过宏FD_SETSIZE来声明在一个进程中select所能操作的文件描述符的最大数目。例如：
在4.4BSD的头文件中我们可以看到：
＃ifndef FD_SETSIZE
#define FD_SETSIZE 1024
#endif
在红帽Linux的头文件中我们可以看到：
＃define __FD_SETSIZE 1024
以及在头文件中我们可以看到：
#include
#define FD_SETSIZE __FD_SETSIZE
即定义FD_SETSIZE为1024，一个整数占4个字节，既32位，那么就是用包含32个元素的整数数组来表示文件描述符集。我们可以在头文件中修改这个值来改变select使用的文件描述符集的大小，但是必须重新编译内核才能使修改后的值有效。当前版本的unix操作系统没有限制FD_SETSIZE的最大值，通常只受内存以及系统管理上的限制。
我们明白了文件描述符集的实现机制之后，就可对其进行灵活运用。
（以下程序在红帽Linux 6.0下运行通过，函数fd_isempty用于判断文件描述符集是否为空；函数fd_fetch取出文件描述符集中的所有文件描述符）.

1. #include  
2. #include  
3. #include  
4. #include  
5. struct my_fd_set{ 
6. fd_set fs; //定义文件描述符集fs 
7. unsigned int nconnect; //文件描述符集fs中文件描述符的个数 
8. unsigned int nmaxfd; //文件描述符集fs中最大的文件描述符 
9. }; 
10. /* 函数fd_isempty用于判断文件描述符集是否为空，为空返回1，不为空则返回0 */ 
11. int fd_isempty(struct my_fd_set *pfs) 
12. { 
13. int i; 
14. /* 文件描述符集fd_set是通过整数数组来实现的，所以定义整数数组myset的元素个
15. 数为文件描述符集fd_set所占内存空间的字节数除以整数所占内存空间的字节数。*/ 
16. unsigned int myset[sizeof(fd_set) / sizeof(int)]; 
17. /* 把文件描述符集pfs‐>fs 拷贝到数组myset */ 
18. memcpy(myset, &pfs‐>fs, sizeof(fd_set)); 
19. for(i = 0; i < sizeof(fd_set) / sizeof(int); i++) 
20. { 
21. /* 如果myset的某个元素不为0，说明文件描述符集不为空，则函数返回0 */ 
22. if (myset[i]) 
23. return 0; 
24. /* 如果myset的所有元素都为0，说明文件描述符集为空，则函数返回1 */ 
25. return 1; 
26. } 
27. } 
28. /* 函数fd_fetch对文件描述符集进行位操作，把为1的位换算成相应的文
29. 件描述符，然后就可对其进行I/O操作 */ 
30. void fd_fetch(struct my_fd_set *pfs) 
31. { 
32. struct my_fd_set *tempset; //定义一个临时的结构指针 
33. unsigned int myset[sizeof(fd_set)/sizeof(unsigned int)]; 
34. unsigned int i, nbit, nfind, ntemp; 
35. tempset = pfs; 
36. memcpy(myset, &tempset‐>fs, sizeof(fd_set)); 
37. /* 把最大的文件描述符maxfd除以整数所占的位数，得出maxfd在文件描述符
38. 集中相应的位对应于整数数组myset的相应元素的下标，目的是为了减少检索的次数 */ 
39. nfind = tempset‐>nmaxfd / (sizeof(int)*8); 
40. for (i = 0; i <= nfind; i++) 
41. { 
42. /* 如果数组myset的某个元素为0，说明这个元素所对应的文件描述符集的32位全为0，
43. 则继续判断下一元素。*/ 
44. if (myset[i] == 0) 
45. continue; 
46. /* 如果数组myset的某个元素不为0，说明这个元素所对应的文件描述符集的32位中有
47. 为1的，把myset赋值给临时变量ntemp，对ntemp进行位运算，把为1的位换算成相应的文件描述符 */ 
48. ntemp = myset[i]; 
49. /* nbit记录整数的二进制位数，对ntemp从低到高位进行&1运算，直到整数的最高位,
50. 或直到文件描述符集中文件描述符的个数等于0 */ 
51. for (nbit = 0; tempset‐>nconnect && (nbit < sizeof(int)*8); nbit++) 
52. { 
53. if (ntemp & 1) 
54. { 
55. /* 如果某位为1，则可得到对应的文件描述符为nbit+32*I，然后我们可对其进行I/O操作。
56. 这里我只是做了简单的显示。*/ 
57. printf("i = %d, nbit = %d, The file description is %d\n", i, nbit, nbit+32*i); 
58. } 
59. /* 取出一个文件描述符后，将文件描述符集中文件描述符的个数减1 */ 
60. tempset‐>nconnect‐‐; } 
61. ntemp >>= 1; // ntemp右移一位 
62. } 
63. } 
64. } 
65. /* 下面的主程序是对以上两个函数的测试 */ 
66. Void main(void) 
67. { 
68. /* 假设fd1，fd2，fd3为3个文件描述符，实际运用中可为Socket描述符等 */ 
69. int fd1 = 7, fd2 = 256, fd3 = 1023, isempty; 
70. struct my_fd_set connect_set; 
71. connect_set.nconnect = 0; 
72. connect_set.nmaxfd = 0; 
73. FD_ZERO(&connect_set.fs); 
74. /* FD_SET操作前对函数fd_isempty进行测试 */ 
75. isempty = fd_isempty(&connect_set); 
76. printf("isempty = %d\n", isempty); 
77. FD_SET(fd1, &connect_set.fs); 
78. FD_SET(fd2, &connect_set.fs); 
79. FD_SET(fd3, &connect_set.fs); 
80. connect_set.nconnect = 3; 
81. connect_set.nmaxfd = fd3 ; 
82. /* FD_SET操作后，既把文件描述符加入到文件描述符集之后，对函数fd_isempty进行测试 */ 
83. isempty = fd_isempty(&connect_set); 
84. printf("isempty = %d\n", isempty); 
85. /* 对函数fd_ fetch进行测试 */ 
86. fd_fetch(&connect_set); 
87. } 

/* 程序输出结果为 ：*/
isempty is 1
isempty is 0
i = 0, nbit = 7, The file description is 7
i = 8, nbit = 0, The file description is 256
i = 31, nbit = 31, The file description is 1023 

 

本文转自：http://www.rosoo.net/a/201006/9748.html