I/O复用之select

一 I/O复用概述

I/O复用使得程序能同时监听多个文件描述符。

二 常用函数

linux下实现I/O复用的系统调用有select,poll,epoll.

三 select详解

select系统调用:在一段时间内，监听用户感兴趣的文件描述符上的可读，可写，异常事件。

select API:

#include

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

参数详解：

nfds：监听的文件描述符总数，通常为监听的最大文件描述符加1

readfds,writefds,exceptfds分别指向可读、可写、异常事件对应的文件描述符。

fd_set是一个整形数组，每一位标记一个文件描述符，容量由FD_SETSIZE决定，限制了select能同时处理的文件描述符总量。可监听描述符最大为1024。

timeout超时时间

select调用返回就绪描述符总数，失败返回-1并设置error.

四 select内核实现分析

select系统调用的调用过程：

sys_select->core_sys_select->do_select->poll->sock_poll->tcp_poll

每一个函数功能的理解：

system_select:处理时间参数，从用户态获得超时时间，并做处理，返回到用户态，其中调用core_sys_select

core_sys_select：处理三个描述符集，计算出他们需要的空间并为之分配，将数据从用户空间拷贝进入内核空间，用到6个位图，三个用于输出，三个用于输入。

do_select：select核心函数

下面是do_select内核实现：

int do_select(int n, fd_set_bits *fds, long *timeout)
{
struct poll_wqueues table;
poll_table *wait;
int retval, i;
long __timeout = *timeout;
  spin_lock(¤t->files->file_lock);
retval = max_select_fd(n, fds);
spin_unlock(¤t->files->file_lock);

if (retval < 0)
return retval;
n = retval;
poll_initwait(&table);
wait = &table.pt;
if (!__timeout)
wait = NULL;
retval = 0;

for (;;) {
unsigned long *rinp, *routp, *rexp, *inp, *outp, *exp;

set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);

inp = fds->in; outp = fds->out; exp = fds->ex;
rinp = fds->res_in; routp = fds->res_out; rexp = fds->res_ex;

for (i = 0; i < n; ++rinp, ++routp, ++rexp) {
unsigned long in, out, ex, all_bits, bit = 1, mask, j;
unsigned long res_in = 0, res_out = 0, res_ex = 0;
struct file_operations *f_op = NULL;
struct file *file = NULL;

in = *inp++; out = *outp++; ex = *exp++;
all_bits = in | out | ex;
if (all_bits == 0) {
i += __NFDBITS;
continue;
}

for (j = 0; j < __NFDBITS; ++j, ++i, bit <<= 1) {
if (i >= n)
break;
if (!(bit & all_bits))
continue;
file = fget(i);
if (file) {
f_op = file->f_op;
mask = DEFAULT_POLLMASK;
if (f_op && f_op->poll)
mask = (*f_op->poll)(file, retval ? NULL : wait);
fput(file);
if ((mask & POLLIN_SET) && (in & bit)) {
res_in |= bit;
retval++;
}
if ((mask & POLLOUT_SET) && (out & bit)) {
res_out |= bit;
retval++;
}
if ((mask & POLLEX_SET) && (ex & bit)) {
res_ex |= bit;

retval++;
}
}
cond_resched();
}
if (res_in)
*rinp = res_in;
if (res_out)
*routp = res_out;
if (res_ex)
*rexp = res_ex;
}
wait = NULL;
if (retval || !__timeout || signal_pending(current))
break;
if(table.error) {
retval = table.error;
break;
}
__timeout = schedule_timeout(__timeout);
}
__set_current_state(TASK_RUNNING);

poll_freewait(&table);

/*
* Up-to-date the caller timeout.
*/
*timeout = __timeout;
return retval;
}

具体的do_select中，存在for死循环，遍历所有指定好的描述符范围（0 - maxdfp1-1）内所有的位，每次循环获取32位的位图，然后其中如果有需要检测状态的文件描述符，就对其中每一位进行检测，即轮询，并进一步获取置1的位代表的描述符对应的file结构体，从file结构体的f_op->poll，找到具体指定的poll，之后需要将返回的状态值与三个宏定义（可读、可写、有异常）进行比较来确定描述符读、写or异常是否就绪。