Linux 通信機制 I/O多路複用之select

select 函數作用:

系統提供select函數來實現多路複用輸入/輸出模型。select系統調用是用來讓我們的程序監視多個文件句柄的狀態變化的。程序會停在select這裏等待,直到被監視的文件句柄有一個或多個發生了狀態改變。關於文件句柄,其實就是一個整數,我們最熟悉的句柄是0、1、2三個,0是標準輸入,1是標準輸出,2是標準錯誤輸出。0、1、2是整數表示的,對應的FILE *結構的表示就是stdin、stdout、stderr。

函數原型:

  1. int select(int maxfd,fd_set *rdset,fd_set *wrset, \  
  2.            fd_set *exset,struct timeval *timeout);  

參數說明:

參數maxfd是需要監視的最大的文件描述符值+1;rdset,wrset,exset分別對應於需要檢測的可讀文件描述符的集合,可寫文件描述符的集 合及異常文件描述符的集合。struct timeval結構用於描述一段時間長度,如果在這個時間內,需要監視的描述符沒有事件發生則函數返回,返回值爲0。

下面的宏提供了處理這三種描述詞組的方式:
FD_CLR(inr fd,fd_set* set);用來清除描述詞組set中相關fd 的位
FD_ISSET(int fd,fd_set *set);用來測試描述詞組set中相關fd 的位是否爲真
FD_SET(int fd,fd_set*set);用來設置描述詞組set中相關fd的位
FD_ZERO(fd_set *set);用來清除描述詞組set的全部位

參數timeout爲結構timeval,用來設置select()的等待時間,其結構定義如下:

  1. struct timeval  
  2. {  
  3.     time_t tv_sec;//second  
  4.     time_t tv_usec;//minisecond  
  5. }; 

  6. 函數返回值:

執行成功則返回⽂文件描述詞狀態已改變的個數

如果返回0代表在描述詞狀態改變前已超過timeout時間,沒有返回;

當有錯誤發⽣生時則返回-1,錯誤原因存於errno,此時參數readfds,writefds,exceptfds和

timeout的值變成不可預測。錯誤值可能爲:

EBADF 文件描述詞爲無效的或該文件已關閉

EINTR 此調⽤用被信號所中斷

EINVAL 參數n 爲負值。

ENOMEM 核心內存不足


select模型的特點: 
1)、可監控的⽂文件描述符個數取決與sizeof(fd_set)的值。我這邊服務 器上sizeof(fd_set)=512,每bit表⽰示一個⽂文件描述符,則我服務器上⽀支持的最大文件描述符是512*8=4096。 
2)、將fd加入select監控集的同時,還要再使用一個數據結構array保存放到select監控集中的fd,一是用於再select 返回後,array作爲源數據和fd_set進行FD_ISSET判斷。二是select返回後會把以前加入的但並無事件發生的fd清空,則每次開始 select前都要重新從array取得fd逐一加入(FD_ZERO最先),掃描array的同時取得fd最大值maxfd,用於select的第一個 參數。 
              3)、select模型必須在select前循環array(加fd,取maxfd),select返回後循環array(FD_ISSET判斷是否有時間發生)。
select缺點: 
(1)每次調用select,都需要把fd集合從用戶態拷貝到內核態,這個開銷在fd很多時會很大 
(2)同時每次調用select都需要在內核遍歷傳遞進來的所有fd,這個開銷在fd很多時也很大 

(3)select支持的文件描述符數量太小了,默認是1024

//select_server.c
//本例是以讀爲例:

  1 #include<stdio.h>                                                           
  2 #include<sys/types.h>
  3 #include<stdlib.h>
  4 #include<string.h>
  5 #include<sys/socket.h>
  6 #include<netinet/in.h>
  7 #include<arpa/inet.h>
  8 #include<fcntl.h>
  9 #include<unistd.h>
 10 #include<sys/select.h>
 11 
 12 int fds[1024];
 13 
 14 static void  usage(const char *proc)
 15 {
 16    printf("Usage: %s [local_ip][local_port]\n", proc);
 17 }
 18 
 19 int startup(const char* _ip , int _port)
 20 {
 21   int sock = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0);
 22   if(sock < 0)
 23   {
 24       perror("socket");
 25       exit(2);
 26   }
 27   struct sockaddr_in local;
 28   local.sin_family = AF_INET;
 29   local.sin_port =htons(_port);
 30   local.sin_addr.s_addr =inet_addr(_ip);
 31 
 32   if(bind(sock , (struct sockaddr*)&local , sizeof(local)) < 0)
 33   {
 34       perror("bind");
 35       exit(3);
 36   }
 37   if(listen(sock , 10) < 0)
 38   {
 39       perror("listen");
 40       exit(4);
 41   }
 42   return sock;
 43 }
 44 int main(int argc , char *argv[])
 45 {
 46   if(argc != 3)   
 47   {
 48     usage(argv[0]);
 49     return 1;
 50   }
 51   int listen_sock = startup(argv[1] , atoi(argv[2]));
 52   int nums = sizeof(fds) / sizeof(fds[0]);
 53   int maxfd = -1;
 54   int i = 1;
 55   for( ; i < nums ; i++)
 56   {
 57       fds[i] = -1;
 58   }
 59   fds[0] = listen_sock;
 60   while(1)
 61   {
 62    struct timeval timeout = {5 , 0};
 63    fd_set rfds;//創建讀文件描述符集
 64    FD_ZERO( &rfds); 
 65    maxfd = -1;
 66    for(i=0 ; i<nums ; i++ )
 67    {
 68        if(fds[i] > 0)
 69        {
 70            FD_SET(fds[i] , &rfds);
 71            if(maxfd < fds[i])
 72            {
 73                maxfd = fds[i];
 74            }
 75        }
 76    }
 77   switch(select(maxfd+1 , &rfds , NULL , NULL ,&timeout))
 78   {
 79       case 0:   printf("timeout....!\n");  break;
 80       case -1:  perror("select"); break;
 81       default://at last one fd ready!
 82         {
 83             for(i=0 ; i<nums ;i++)
 84             {
 85                 if(fds[i] < 0)  
 86                 {
 87                     continue;
 88                 }
 89                 if (i==0 && FD_ISSET(listen_sock , &rfds))
 90                 {
 91                     //listen_sock ready
 92                     struct sockaddr_in client;
 93                     socklen_t len=sizeof(client);
 94                     int new_sock = accept(listen_sock,\
 95                                 (struct sockaddr*)&client , &len );
 96                     if(new_sock < 0)
 97                     {
 98                         perror("accept");
 99                         continue;
100                     }
101                     printf("get new client: [%s:%d]",\
102                                 inet_ntoa(client.sin_addr),\
103                                 ntohs(client.sin_port));
104                     int j = 1;
105                     for( ; j<nums ; j++)
106                     {             
107                         if(fds[j] == -1)
108                         {
109                             break;
110                         }
111                     }
112                     if(j == nums)
113                     {
114                         printf("server full!\n");
115                         close(new_sock);
116                     }
117                     else
118                     {
119                         fds[j] = new_sock;
120                     }
121                 }
122                 else if(i > 0 && FD_ISSET(fds[i] , &rfds))
123                 {
124                     //other fd ready
125                     char buf[1024];
126                     ssize_t s = read(fds[i], buf ,sizeof(buf)-1);
127                     if(s > 0)          
128                     {
129                         buf[s] = 0;
130                         printf("client say# %s\n",buf);
131                     }
132                     else if(s == 0)
133                     {
134                         printf("client quit!\n");
135                         close(fds[i]);
136                         fds[i] = -1;
137                     }
138                     else
139                     {
140                         perror("read");
141                     }
142                 }
143                 else
144                 {}
145             }
146         }
147         break;
148     }
149   }
150   return 0;
151 }   


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