IO 多路复用之select(理解)
IO 多路复用之select总结
1、基本概念
IO多路复用是指内核一旦发现进程指定的一个或者多个IO条件准备读取，它就通知该进程。IO多路复用适用如下场合：
（1）当客户处理多个描述字时（一般是交互式输入和网络套接口），必须使用I/O复用。
（2）当一个客户同时处理多个套接口时，而这种情况是可能的，但很少出现。
（3）如果一个TCP服务器既要处理监听套接口，又要处理已连接套接口，一般也要用到I/O复用。
（4）如果一个服务器即要处理TCP，又要处理UDP，一般要使用I/O复用。
（5）如果一个服务器要处理多个服务或多个协议，一般要使用I/O复用。
与多进程和多线程技术相比，I/O多路复用技术的最大优势是系统开销小，系统不必创建进程/线程，也不必维护这些进程/线程，从而大大减小了系统的开销。
2、select函数
该函数准许进程指示内核等待多个事件中的任何一个发送，并只在有一个或多个事件发生或经历一段指定的时间后才唤醒。函数原型如下
#include <sys/select.h> #include <sys/time.h> int select(int maxfdp1,fd_set *readset,fd_set *writeset,fd_set *exceptset,const struct timeval *timeout) 返回值：就绪描述符的数目，超时返回0，出错返回-1
函数参数介绍如下：
（1）第一个参数maxfdp1指定待测试的描述字个数，它的值是待测试的最大描述字加1（因此把该参数命名为maxfdp1），描述字0、1、2...maxfdp1-1均将被测试。
（2）中间的三个参数readset、writeset和exceptset指定我们要让内核测试读、写和异常条件的描述字。如果对某一个的条件不感兴趣，就可以把它设为空指针。struct fd_set可以理解为一个集合，这个集合中存放的是文件描述符，可通过以下四个宏进行设置：
void FD_ZERO(fd_set *fdset); //清空集合
void FD_SET(int fd, fd_set *fdset); //将一个给定的文件描述符加入集合之中
void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset); //将一个给定的文件描述符从集合中删除
int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset); // 检查集合中指定的文件描述符是否可以读写
（3）timeout告知内核等待所指定描述字中的任何一个就绪可花多少时间。其timeval结构用于指定这段时间的秒数和微秒数。
struct timeval{
long tv_sec; //seconds
long tv_usec; //microseconds
};
这个参数有三种可能：
（1）永远等待下去：仅在有一个描述字准备好I/O时才返回。为此，把该参数设置为空指针NULL。
（2）等待一段固定时间：在有一个描述字准备好I/O时返回，但是不超过由该参数所指向的timeval结构中指定的秒数和微秒数。
（3）根本不等待：检查描述字后立即返回，这称为轮询。为此，该参数必须指向一个timeval结构，而且其中的定时器值必须为0。
3、测试程序
写一个TCP回射程序，程序的功能是：客户端向服务器发送信息，服务器接收并原样发送给客户端，客户端显示出接收到的信息。
服务端程序如下所示：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/select.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#define IPADDRESS "127.0.0.1"
#define PORT 8787
#define MAXLINE 1024
#define LISTENQ 5
//函数声明
//创建套接字并进行绑定
static int socket_bind(const char* ip,int port);
//IO多路复用select
static void do_select(int listenfd);
//处理多个连接
static void handle_connection(int *connfds,int num,fd_set *prset,fd_set *pallset);
int main(int argc,char *argv[])
{
int listenfd,connfd,sockfd;
struct sockaddr_in cliaddr;
socklen_t cliaddrlen;
listenfd = socket_bind(IPADDRESS,PORT);
listen(listenfd,LISTENQ);
do_select(listenfd);
return 0;
}
static int socket_bind(const char* ip,int port)
{
int listenfd;
struct sockaddr_in servaddr;
listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if (listenfd == -1)
{
perror("socket error:");
exit(1);
}
bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
inet_pton(AF_INET,ip,&servaddr.sin_addr);
servaddr.sin_port = htons(port);
if (bind(listenfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) == -1)
{
perror("bind error: ");
exit(1);
}
return listenfd;
}
static void do_select(int listenfd)
{
int connfd,sockfd;
struct sockaddr_in cliaddr;
socklen_t cliaddrlen;
fd_set rset,allset;
int maxfd,maxi;
int i;
int clientfds[FD_SETSIZE]; //保存客户连接描述符
int nready;
//初始化客户连接描述符
for (i = 0;i < FD_SETSIZE;i++)
clientfds[i] = -1;
maxi = -1;
FD_ZERO(&allset);
//添加监听描述符
FD_SET(listenfd,&allset);
maxfd = listenfd;
//循环处理
for ( ; ; )
{
rset = allset;
//获取可用描述符的个数
nready = select(maxfd+1,&rset,NULL,NULL,NULL);
if (nready == -1)
{
perror("select error:");
exit(1);
}
//测试监听描述符是否准备好
if (FD_ISSET(listenfd,&rset))
{
cliaddrlen = sizeof(cliaddr);
//接受新的连接
if ((connfd = accept(listenfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&cliaddrlen)) == -1)
{
if (errno == EINTR)
continue;
else
{
perror("accept error:");
exit(1);
}
}
fprintf(stdout,"accept a new client: %s:%d\n", inet_ntoa(cliaddr.sin_addr),cliaddr.sin_port);
//将新的连接描述符添加到数组中
for (i = 0;i <FD_SETSIZE;i++)
{
if (clientfds[i] < 0)
{
clientfds[i] = connfd;
break;
}
}
if (i == FD_SETSIZE)
{
fprintf(stderr,"too many clients.\n");
exit(1);
}
//将新的描述符添加到读描述符集合中
FD_SET(connfd,&allset);
//描述符个数
maxfd = (connfd > maxfd ? connfd : maxfd);
//记录客户连接套接字的个数
maxi = (i > maxi ? i : maxi);
if (--nready <= 0)
continue;
}
//处理客户连接
handle_connection(clientfds,maxi,&rset,&allset);
}
}
static void handle_connection(int *connfds,int num,fd_set *prset,fd_set *pallset)
{
int i,n;
char buf[MAXLINE];
memset(buf,0,MAXLINE);
for (i = 0;i <= num;i++)
{
if (connfds[i] < 0)
continue;
//测试客户描述符是否准备好
if (FD_ISSET(connfds[i],prset))
{
//接收客户端发送的信息
n = read(connfds[i],buf,MAXLINE);
if (n == 0)
{
close(connfds[i]);
FD_CLR(connfds[i],pallset);
connfds[i] = -1;
continue;
}
printf("read msg is: ");
write(STDOUT_FILENO,buf,n);
//向客户端发送buf
write(connfds[i],buf,n);
}
}
}
客户端程序如下：
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/select.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#define MAXLINE 1024
#define IPADDRESS "127.0.0.1"
#define SERV_PORT 8787
#define max(a,b) (a > b) ? a : b
static void handle_connection(int sockfd);
int main(int argc,char *argv[])
{
int sockfd;
struct sockaddr_in servaddr;
sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
inet_pton(AF_INET,IPADDRESS,&servaddr.sin_addr);
connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));
//处理连接描述符
handle_connection(sockfd);
return 0;
}