【项目 计网9】4.25 IO多路复用简介 4.26select API介绍 4.27 select代码编写

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4.25 IO多路复用（I/O多路转接）简介

输入输出：以内存为主体
读写：以程序为主体
程序要往内存里写数据，对于内存而言就是输入。

IO多路复用使得程序能同时监听多个文件描述符，能够提高程序的性能，Linux下实现IO多路复用的系统调用主要有select、poll和epoll


accept不阻塞，所有用于收发数据的fd都放在一个集合里。然后遍历集合里能用的fd，依次收发数据。这中轮询效率极低。

4.26select API介绍

主旨思想：
1、首先构造一个关于文件描述符的列表，将要监听的文件描述符添加到该列表中。
2、调用一个系统函数，监听该列表中的文件描述符，直到这些文件描述符中的一个或者多个进行IO操作时，该函数才返回。
a、这个函数是阻塞的
b、函数对这些文件描述符的检测的操作是由内核完成的
3、在返回时，它会告诉进程有多少（哪些）描述符要进行IO操作。

//sizeof(fd_set)=128 long int字节  128*8=1024比特位 
#include  
#include 
#include 
int select(int nfds,fd_set *readfds,fd_set *writefds, fd_set *exceptfds,struct timeval *timeout);
  -参数：
  		-nfds:委托内核检测的最大文件描述符的值+1
  		-readfds：要检测文件描述符的读的集合，委托内核检测哪些文件描述符的读的属性
  		  -一般检测读操作
  		  -对应的是对应发送过来的数据，因为读是被动的接收数据，检测的是读缓冲区
  		  -是一个传入传出参数
  		-writefds：要检测的文件描述符的写的集合，委托内核检测哪些文件描述符的写的属性
  		  -委托内核检测写缓冲区是不是还可以写数据（不满就可以写）
  		-exceptfds：检测异常的文件描述符的集合
  		-timeout：设置的超时时间
  		  struct timeval{
  		  		long tv_sec;/*seconds*/
  		  		long tv_usec;/*microseconds*/
  		  };
  		  -NULL:永久阻塞，直到检测到了文件描述符有变化
  		  -tv_sec=0,tv_usec=0,不阻塞
  		  -tv_sec>0 tv_usec>0，阻塞对应的时间
  -返回值：
     - -1：失败
     - >0 n:检测的集合中有n个文件描述符发生了变化

//将参数文件描述符fd对应的标志位设置为0
void FD_CLR(int fd,fd_set *set);

//判断fd对应的标志位是0还是1，返回值：fd对应的标志位的值，0，返回0，1，返回1
int FD_ISSET(int fd,fd_set *set);

//将参数文件描述符fd对应的标志位，设置为1
void FD_SET(int fd,fd_set *set); 

//fd_set一共有1024bit，全部初始化为0
void FD_ZERO(fd_set *set);  		  

4.27 select代码编写

客户端程序

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main() {

    // 创建socket
    int fd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(fd == -1) {
        perror("socket");
        return -1;
    }

    struct sockaddr_in seraddr;
    inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &seraddr.sin_addr.s_addr);
    seraddr.sin_family = AF_INET;
    seraddr.sin_port = htons(9999);

    // 连接服务器
    int ret = connect(fd, (struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));

    if(ret == -1){
        perror("connect");
        return -1;
    }

    int num = 0;
    while(1) {
        char sendBuf[1024] = {0};
        sprintf(sendBuf, "send data %d", num++);
        write(fd, sendBuf, strlen(sendBuf) + 1);

        // 接收
        int len = read(fd, sendBuf, sizeof(sendBuf));
        if(len == -1) {
            perror("read");
            return -1;
        }else if(len > 0) {
            printf("read buf = %s\n", sendBuf);
        } else {
            printf("服务器已经断开连接...\n");
            break;
        }
        // sleep(1);
        usleep(1000);
    }

    close(fd);

    return 0;
}

select程序

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main() {

    // 创建socket
    int lfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    struct sockaddr_in saddr;
    saddr.sin_port = htons(9999);
    saddr.sin_family = AF_INET;
    saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

    // 绑定
    bind(lfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr));

    // 监听
    listen(lfd, 8);

    // 创建一个fd_set的集合，存放的是需要检测的文件描述符
    /*
	//The fd_set member is required to be an array of longs.  
	typedef long int __fd_mask;
	typedef struct
	  {
	    //XPG4.2 requires this member name.  Otherwise avoid the name
	       from the global namespace.  
	#ifdef __USE_XOPEN
	    __fd_mask fds_bits[__FD_SETSIZE / __NFDBITS];
	# define __FDS_BITS(set) ((set)->fds_bits)
	#else
	    __fd_mask __fds_bits[__FD_SETSIZE / __NFDBITS];
	# define __FDS_BITS(set) ((set)->__fds_bits)
	#endif
	  } fd_set;

FD_SETSIZE 就是fd_set具体可以表示fd的个数。至于NFDBITS，可以看成现在有一个数组，大小是FD_SETSIZE/NFDBITS。其中NFDBITS可以表示8*8=64位，这个数组就有16个NFDBITS。所以还是能表示1024个fd。
*/

    fd_set rdset, tmp;//需要内核检测的为rdset，tmp为交给内核去操作的文件描述符列表
    FD_ZERO(&rdset);
    FD_SET(lfd, &rdset);
    int maxfd = lfd;

    while(1) {

        tmp = rdset;

        // 调用select系统函数，让内核帮检测哪些文件描述符有数据
        int ret = select(maxfd + 1, &tmp, NULL, NULL, NULL);
        if(ret == -1) {
            perror("select");
            exit(-1);
        } else if(ret == 0) {
            continue;//超时时间到了也没有检测到数据，该处设置永久阻塞，不可能返回值为0
        } else if(ret > 0) {
            // 说明检测到了有文件描述符的对应的缓冲区的数据发生了改变，监听文件描述符lfd
            if(FD_ISSET(lfd, &tmp)) {
                // 表示有新的客户端连接进来了
                struct sockaddr_in cliaddr;
                int len = sizeof(cliaddr);
                int cfd = accept(lfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &len);//接受新的连接，并返回新的通讯文件描述符cfd

                // 将新的文件描述符加入到集合中
                FD_SET(cfd, &rdset);

                // 更新最大的文件描述符
                maxfd = maxfd > cfd ? maxfd : cfd;
            }

            //监听文件描述符lfd，在通讯文件描述符的前端
            for(int i = lfd + 1; i <= maxfd; i++) {
                if(FD_ISSET(i, &tmp)) {
                    // 说明这个文件描述符对应的客户端发来了数据
                    char buf[1024] = {0};
                    int len = read(i, buf, sizeof(buf));
                    if(len == -1) {
                        perror("read");
                        exit(-1);
                    } else if(len == 0) {
                        printf("client closed...\n");
                        close(i);
                        FD_CLR(i, &rdset);
                    } else if(len > 0) {
                        printf("read buf = %s\n", buf);
                        write(i, buf, strlen(buf) + 1);
                    }
                }
            }
        }
    }
    close(lfd);
    return 0;
}

select的缺点