I/O多路转接
一、I/O多路转接(I/O multiplexing)
背景：当需要从多个描述符读时，应该怎么办？
先构造一张有关描述符的列表，然后调用一个函数，直到这些描述符中的一个准备好进行I/O时，该函数才返回。在返回时，它告诉进程哪些描述符已经准备好可以进行I/O。
poll,pselect,select这三个函数使我们能够执行多路转接。
1、select和pselect函数
(1) select函数
在所有依从POSIX的平台上，select函数使我们可以执行I/O多路转接。
#include
int select(int maxfdp1, fd_set *restrict readfds,fd_set *restrict writefds,
fd_set *restrict exceptfds, struct timeval *restrict tvptr);
Returns: count of ready descriptors, 0 on timeout, -1 on error
a．传向select的参数告诉内核什么？
1)我们所关心的描述符。
2)对于每个描述符，我们所关心的状态。（是否读一个给定的描述符？是否想写一个给定的描述符？是否关心一个描述符的异常状态？）。
3)愿意等待多长时间。（可以永远等待，等待一个固定时间量，或完全不等待）。
b．从select返回时，内核告诉我们什么？
1)已准备好的描述符的数量。
2)对于读、写或异常这三个状态中的每一个，哪些描述符已准备好。
使用这些返回信息，就可以调用相应的I/O函数（一般是read或write），并且确知该函数不会被阻塞。
c．select的参数
struct timeval：是愿意等待的时间。
struct timeval {
long tv_sec; /* seconds */
long tv_usec; /* and microseconds */
};
tvptr==NULL：永远等待。如果捕捉到信号则终端此无限期等待。
tvptr->tv_sec==0&& tvptr->tv_usec==0：完全不等待。测试所有指定的描述符并立即返回。
tvptr->tv_sec!=0|| tvptr->tv_usec!=0：等待指定的秒数和微秒数。当指定的描述符之一准备好，或者指定的时间值已经超过时立即返回。
readfds，writefds，exceptfds：指向描述符集的指针。分别为可读、可写、异常条件的各个描述符集。每个描述符集存放在一个FD_SET数据类型中。这种数据类型为每一可能的描述符保持了一位。
对FD_SET数据类型可以进行的处理是：分配一个这种类型的变量；将这种类型的变量赋予同类型的另一个变量；或对于这种类型的变量使用下列4个函数中的一个：
#include
int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);
Returns: nonzero if fd is in set, 0 otherwise
void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);
void FD_SET(int fd, fd_set *fdset);
void FD_ZERO(fd_set *fdset);
这些接口可以实现为宏或者函数。调用FD_CLR将指定fd_set变量位清除；调用FD_SET设置fd_set变量指定位；调用FD_ZERO将fd_set变量所有位设置为0.
声明了一个描述符集后，必须用FD_ZERO清除其所有位，然后再其中设置我们关心的所有位。常用操作如下：
fd_set rset;
int fd;
FD_ZERO(&rset);
FD_SET(fd, &rset);
FD_SET(STDIN_FILENO, &rset);
从select返回时，用FD_ISSET测试该集中的任何一个给定位是否仍旧被设置，如果被设这，则说明描述度准备好，可以进行操作了。
if (FD_ISSET(fd, &rset)) {
...
}
select的中间3个参数中的任意一个或者全部都可以是空指针，这表示相应状态并不关心。如果所有三个指针都是空指针，则select提供了较sleep更精确的计时器。
maxfdp1：最大描述符+1。在三个描述符集中找出最大描述符编号值，然后+1。相应操作:
int fd1,fd2,fd3,maxfd,maxfd1;
if(fd1>fd2)
{
max_fd=fd1;
}
else
{
max_fd=fd2;
}
if(max_fd
max_fd=fd3;
maxfd1=maxfd+1;
为什么要加1，是因为描述符编号是从0开始的。
d．select的返回值
返回-1：表示出错。
返回0：表示没有描述符准备好。
返回正值：表示已经准备好的描述符数。
(2) pselect函数
#include
int pselect(int maxfdp1, fd_set *restrict readfds, fd_set *restrict writefds,
fd_set*restrict exceptfds, const struct timespec *restrict tsptr, const sigset_t *restrict sigmask);
Returns: count of ready descriptors, 0 on timeout, 1 on error
pselect与select的不同之处：
1)select超时值用timeval指定，但pselect用timespec指定。timeval是秒和微妙，timespec是秒和纳秒所以timespec提供了比timeval更准确的超时时间。
2)pselect的超时值被声明为const，这就保证调用pselect不会改变此值。
3)对于pselect可以使用一个可选的信号屏蔽字。若sigmask为空，那么在与信号有关的方面，二者相同；若sigmask指向一信号屏蔽字，在调用pselect时，以原子操作的方式安装该信号屏蔽字。在返回时恢复以前的信号屏蔽字。
(3)示例：用select实现多路转接模块
struct timeval wait_time;
fd_set readfds;
int max_fd,fd1,fd2,fd3,maxfd1;
int res;
FD_ZERO(&readfds);
FD_SET(fd1, &readfds);
FD_SET(fd2, &readfds);
FD_SET(fd3,&readfds);
if(fd1>fd2)
{
max_fd=fd1;
}
else
{
max_fd=fd2;
}
if(max_fd
max_fd=fd3;
maxfd1=maxfd+1;
wait_time.tv_sec=0;
wait_time.tv_usec=10000;
res=select(max_fd1, &readfds, NULL, NULL, &wait_time);
if(res==-1)
{printf(“select error/n”);
exit(1);
}
else if(res==0)
{printf(“no descriptor ready/n”);
exit(2);
}
if(FD_ISSET(fd1, &readfds))
{
….
}
if(FD_ISSET(fd2, &readfds))
{
….
}
if(FD_ISSET(fd3, &readfds))
{
….
}
2.poll函数
poll函数类似于select函数，但是程序员接口有所不同，另外，poll函数可以用于任何类型的文件描述符，但是它起源于系统V，所以poll于STREAMS系统紧密相关。
#include
int poll(struct pollfd fdarray[], nfds_t nfds, int timeout);
Returns: count of ready descriptors, 0 on timeout, -1 on error
a．poll的参数
struct pollfd fdarray[]：与select不同，poll不为每个状态构造一个描述集，而是构造一个pollfd结构数组，每个数组元素指定一个描述符编号以及对其所关心的状态。
struct pollfd {
int fd; /* file descriptor to check, or <0 to ignore */
short events; /* events of interest on fd */
short revents; /* events that occurred on fd */
};
nfds：说明fdarray数组中的元素数。
timeout：超时时间。若timeout==-1，则永远等待；若timeout==0，则不等待；若timeout>0，则等待timeout毫秒。
b．poll的返回值
与select同。