浅析selet机制
最近突然顿悟，很有必要养成写博文的习惯。其一，相关知识忘记了可以自己查看复习，而不必到处去百度找半天，其二，做IT必须有所积累，不断巩固知识，才可以提高工作效率。
本篇文章通过select应用层调用和select驱动实现两个部分来分析如何使用select机制。
一、应用层如何使用select函数
int select(int maxfd,fd_set *rdset,fd_set *wrset,fd_set *exset,struct timeval *timeout)
功能说明:
用来监视多个文件描述符的状态变化。当程序运行到这个函数，如果timeout=0不会阻塞继续往下执行，如果timeout>0则程序阻塞，这时跳出阻塞有两个办法：1、超时后跳出 2、在timeout时间内检测到文件描述符有一个或者多个发生状态变化时立即跳出。
如果在timeout指定时间内，需要监视的描述符没有事件发生则函数超时返回0； 如果失败，则返回-1，错误原因存于 errno；需要监视的描述符有事件发生则函数返回1。
参数说明：
maxfd：需要监视的最大的文件描述符值+1。
rdset： 需要检测的可读文件描述符的集合。
wrset: 需要检测的可写文件描述符的集合。
exset: 需要检测的异常文件描述符的集合。
timeout：超时时间，其类型是struct timeval *，即一个struct timeval结构的变量的指针，所以我们在程序里要申明一个struct timeval rto;然后把变量rto的地址&rto传递给select函数。struct timeval结构如下：
struct timeval {
long tv_sec; /* seconds */
long tv_usec; /* microseconds */
};
fd_set是一组文件描述字(fd)的集合，它用一位来表示一个fd，对于fd_set类型通过下面四个宏来操作：
FD_ZERO(fd_set *fdset)
功能说明：将指定的文件描述符集清空，在对文件描述符集合进行设置前，必须对其进行初始化，如果不清空，由于在系统分配内存空间后，通常并不作清空处理，所以结果是不可知的。
FD_SET(int fd,fd_set *fdset)
功能说明：用于在文件描述符集合中增加一个新的文件描述符。
FD_CLR(int fd,fd_set *fdset)
功能说明：用于在文件描述符集合中删除一个文件描述符。
FD_ISSET(int fd,fd_set *fdset)
功能说明：检查fd_set联系的文件描述符fd是否可读写，>0表示可读写。
下面给出一个简单的实例：
int main()
{
int ret, socketfd_connected, msg_recv_len;
struct timeval rto;
fd_set socket_read_fds;
char msg_recv[1024];
while(1)
{
/*每次循环都要重新赋值，不能放在大循环外面。可能有人会问，rto是一个全局变量
，在大循环前对它赋值一次不就可以了吗？这个估计是因为调用select函数会对它清零 ，所以每次循环都要重新赋值*/
rto.tv_sec = 5; rto.tv_usec = 0; //超时5秒
//清空文件描述符集socket_read_fds
FD_ZERO(&socket_read_fds);
//把已经建立好连接的socketfd_connected加入到文件描述符集socket_read_fds
FD_SET(socketfd_connected,&socket_read_fds);
/*进入超时等待消息，如果监测多个文件描述符，则只要检测到其中任何一个描述符可 以读写，该函数都会立刻跳出*/
ret = select(socketfd_connected+1,&socket_read_fds, NULL, NULL, &rto);
if(ret == -1)//错误
{
if(EINTR == errno)
continue;
return 1;
}
if(ret == 0) // select 超时
{
continue;
}
//判断socketfd_connected是否可读，如果可读，便调用recv进行读取
if(FD_ISSET(socketfd_connected,&socket_read_fds))
msg_recv_len = recv(socketfd_connected, msg_recv, 1024, 0);
}
}
到此select函数的应用层调用介绍完了。
二、select函数的驱动实现
用户空间函数对应的内核空间函数
| 用户空间 |
内核空间（驱动） |
| open |
open |
| close |
release |
| read |
read |
| write |
write |
| ioctl |
ioctl |
| lseek |
lseek |
| select |
poll |
我们在驱动中实现poll函数，只需要做两件事：
1. 使用poll_wait()将等待队列添加到poll_table中。
2. 返回描述设备是否可读或可写的掩码。
这里给出本人所写的一个简单的实例：
static unsigned int button_poll(struct file *file, struct poll_table_struct *wait)
{
unsigned int mask = 0;
//添加等待队列到等待队列表中(poll_table)
poll_wait(file, &button_waitq_poll, wait);
if(ev_press_poll)
{
ev_press_poll = 0;
//标识数据可以获得
mask |= POLLIN | POLLRDNORM;
}
return mask;
}
注意：该mask是返回给do_select函数的，不是返回给用户空间的。（do_select是用户空间中select函数的底层调用，后面会分析这个函数）。mask到底有哪些值呢？请看下表：
| 标志 |
含义 |
| POLLIN |
如果设备无阻塞的读，返回该值 |
| POLLRDNORM |
数据已经准备好了，可以读了，就返回该值。通常的做法是返回POLLIN | POLLRDNORM |
| POLLRDBAND |
如果可以从设备读出外带数据，就返回该值。它只可以在Linux内核的某些网络代码中使用，通常不用在设备驱动程序中。 |
| POLLPRI |
如果可以无阻塞的读取高优先级（带外）数据，就返回该值，返回该值会导致select报告文件发生异常，以为select把带外数据当做异常处理。 |
| POLLHUP |
当读设备的进程到达文件尾时，驱动程序必须返回该值，依照select的功能描述，调用select的进程被告知进程是可读的。 |
| POLLERR |
如果设备发生错误就返回该值 |
| POLLOUT |
如果设备可以无阻塞的写 ，就返回该值。 |
| POLLWRNORM |
设备以及准备好了，可以写了，就返回该值。通常的做法是返回POLLOUT|POLLWRNORM |
| POLLWRBAND |
与POLLRDBAND类似（一个读，一个写啦） |
可以看出，驱动程序中实现的poll函数并没有阻塞，那应用层调用select函数时，是怎么发生阻塞的呢？还有，当调用select函数时，驱动程序中的poll函数是怎么被调用的呢？问题全在do_select函数。do_select函数是select系统调用所对应的内核函数，它完成了select函数的功能。打开内核代码，找到do_select函数，通读之，可以发现：
do_select中有个for（；；）大循环，里面还有一个长这样子for (j = 0; j < __NFDBITS; ++j, ++i, bit <<= 1)的循环，这个循环会把文件描述符集轮询一边，调用各个文件描述符对应驱动中的poll函数，并通过poll函数返回的mask的值判断对应的文件描述符是否可读或者可写，如果否，则调用函数poll_schedule_timeout(&table, TASK_INTERRUPTIBLE,to, slack)将进程阻塞，接下来等待驱动空间将对应的等待队列唤醒（若唤醒，说明了某个文件描述符的状态改变了），唤醒后for（；；）大循环又执行一次，也就是for (j = 0; j < __NFDBITS; ++j, ++i, bit <<= 1)循环又执行一次，这时至少有一个文件描述符的mask是可以或者可写的，那么使用break跳出循环，也就跳出select函数的阻塞了。若在timeout时间内文件描述符集都没有状态改变，则超时，也使用break跳出循环，跳出select函数的阻塞。
到这里select函数的驱动实现介绍完了。这台电脑实在不给力啊，输入法的显示速度跟不上按键盘的速度，不得不把打字速度放慢，真是无语。。。
上面do_select函数的流程写的有些乱，不好描述的说，请看内核do_select源码：
int do_select(int n, fd_set_bits *fds, struct timespec *end_time)
{
ktime_t expire, *to = NULL;
struct poll_wqueues table;
poll_table *wait;
int retval, i, timed_out = 0;
unsigned long slack = 0;
rcu_read_lock();
retval = max_select_fd(n, fds);
rcu_read_unlock();
if (retval < 0)
return retval;
n = retval;
poll_initwait(&table);
wait = &table.pt;
if (end_time && !end_time->tv_sec && !end_time->tv_nsec) {
wait = NULL;
timed_out = 1;
}
if (end_time && !timed_out)
slack = estimate_accuracy(end_time);
retval = 0;
for (;;) {
unsigned long *rinp, *routp, *rexp, *inp, *outp, *exp;
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;
const 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) {
int fput_needed;
if (i >= n)
break;
if (!(bit & all_bits))
continue;
file = fget_light(i, &fput_needed);
if (file) {
f_op = file->f_op;
mask = DEFAULT_POLLMASK;
if (f_op && f_op->poll) {
wait_key_set(wait, in, out, bit);
mask = (*f_op->poll)(file, wait);
}
fput_light(file, fput_needed);
if ((mask & POLLIN_SET) && (in & bit)) {
res_in |= bit;
retval++;
wait = NULL;
}
if ((mask & POLLOUT_SET) && (out & bit)) {
res_out |= bit;
retval++;
wait = NULL;
}
if ((mask & POLLEX_SET) && (ex & bit)) {
res_ex |= bit;
retval++;
wait = NULL;
}
}
}
if (res_in)
*rinp = res_in;
if (res_out)
*routp = res_out;
if (res_ex)
*rexp = res_ex;
cond_resched();
}
wait = NULL;
if (retval || timed_out || signal_pending(current))
break;
if (table.error) {
retval = table.error;
break;
}
/*
* If this is the first loop and we have a timeout
* given, then we convert to ktime_t and set the to
* pointer to the expiry value.
*/
if (end_time && !to) {
expire = timespec_to_ktime(*end_time);
to = &expire;
}
if (!poll_schedule_timeout(&table, TASK_INTERRUPTIBLE,
to, slack))
timed_out = 1;
}
poll_freewait(&table);
return retval;
}