I/O多路转接之select

初识select

系统提供select函数来实现多路复用输入/输出模型.

• select系统调用是用来让我们的程序监视多个文件描述符的状态变化的;
• 程序会停在select这里等待，直到被监视的文件描述符有一个或多个发生了状态改变;

select函数原型

select的函数原型如下:

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

参数解释:

• 参数nfds是需要监视的最大的文件描述符值+1；
• rdset,wrset,exset分别对应于需要检测的可读文件描述符的集合，可写文件描述符的集合及异常文件描符的集合;
• 参数timeout为结构timeval，用来设置select()的等待时间

参数timeout取值:

• NULL：则表示select()没有timeout，select将一直被阻塞，直到某个文件描述符上发生了事件;
• 0：仅检测描述符集合的状态，然后立即返回，并不等待外部事件的发生。
• 特定的时间值：如果在指定的时间段里没有事件发生，select将超时返回。

关于fd_set结构

• 其实这个结构就是一个整数数组, 更严格的说, 是一个 “位图”. 使用位图中对应的位来表示要监视的文件描述符.
• 提供了一组操作fd_set的接口, 来比较方便的操作位图.

void FD_CLR(int fd, fd_set *set);      
			// 用来清除描述词组set中相关fd 的位
int  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
void FD_SET(int fd, fd_set *set);
   	       // 用来设置描述词组set中相关fd的位
void FD_ZERO(fd_set *set);
           // 用来清除描述词组set的全部位

关于timeval结构

timeval结构用于描述一段时间长度，如果在这个时间内，需要监视的描述符没有事件发生则函数返回，返回值为0。

函数返回值：

• 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，没有返回
• 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。

错误值可能为：

• 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

常见的程序片段如下:

fs_set readset;
FD_SET(fd,&readset); 
select(fd+1,&readset,NULL,NULL,NULL); 
if(FD_ISSET(fd,readset)){……}

理解select执行过程

理解select模型的关键在于理解fd_set,为说明方便，取fd_set长度为1字节，fd_set中的每一bit可以对应一个文件描述符fd。则1字节长的fd_set最大可以对应8个fd.

• 执行fd_set set; FD_ZERO(&set);则set用位表示是0000,0000。
• 若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);后set变为0001,0000(第5位置为1)
• 若再加入fd＝2，fd=1,则set变为0001,0011
• 执行select(6,&set,0,0,0)阻塞等待
• 若fd=1,fd=2上都发生可读事件，则select返回，此时set变为0000,0011。
• 注意：没有事件发生的fd=5被清空。

select函数的缺点

1. 从函数原型看，只能监听可读、可写、异常三种事件；
2. 内核程序和应用程序都需要才有轮询法查找就绪文件描述符，时间复杂度为O(n);
3. 内核程序是直接修改传入的结构体中的内容，所以下一次调用时又必须重新设置结构体；
4. 从内核定义来看，单个进程所打开的FD是有一定限制的，它由FD_SETSIZE设置，默认值是1024；
   具体数目可以cat /proc/sys/fs/file-max察看。32位机默认是1024个。64位机默认是2048. 所以在不同位的系统下，能打开的文件描述符个数也不相同；
5. 只支持LT模式