I/O多路複用之select

一、select

    I/O多路轉接(select)是高級I/O的一種阻塞IO,紀錄鎖,系統V流機制,I/O多路轉接(poll/epoll),readv和writev函數以及存儲映射IO(mmap),這些統稱爲高級IO。


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用來實現多路複用輸入/輸出模型。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。文件句柄,其實就是一個整數,我們最熟悉的句柄是0(標準輸入),1(標準輸出),2(標準錯誤輸出)。對應的FILE *

結構的表示的就是stdin、stdout、stderr。

select函數:

wKioL1dISFzRjxyiAAA80JaK7ig407.jpg

參數nfds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結構體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);來清除描述詞組set中相關fd 的位

FD_ISSET(int fd,fd_set *set);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);來設置描述詞組set中相關fd的位 

FD_ZERO(fd_set *set);來清除描述詞組set的全部位 

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

wKioL1df9GPTq6NYAAAVg1eOfWk502.jpg

如果參數timeout設爲: NULL:則表示select()沒有timeout,select將一直被阻塞,直到某個文件描述符上發生了事件。 0:僅檢測描述符集合的狀態,然後立即返回,並不等待外部事件的發生。 

特定的時間值:如果在指定的時間段內沒有事件發生,select將超時返回。


函數返回值: 

執行成功則返回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 此調用被信號所中斷 

EINVAL 參數n爲負值。 

ENOMEM 核心內存不足


select模型

理解select模型的關鍵在於理解fd_set,爲說明方便,取fd_set長度爲1字節,fd_set中的每一bit

可以對應一個文件描述符fd。則1字節長的fd_set最大可以對應8個fd。 

(1)執行fd_set set; FD_ZERO(&set);則set用位表示是0000,0000。 

(2)若fd=5,執行FD_SET(fd,&set);後set變爲0001,0000(第5位置爲1) 

(3)若再加入fd=2,fd=1,則set變爲0001,0011 

(4)執行select(6,&set,0,0,0)阻塞等待 

(5)若fd=1,fd=2上都發生可讀事件,則select返回,此時set變爲0000,0011。注意:沒有事件

發生的fd=5被清空。 

 基於上述的討論,可以輕鬆得出select模型的特點: 

  (1)可監控的文件描述符個數取決與sizeof(fd_set)的值。每bit表示一個文件描述符。

  (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,一是用於在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沒有事件發生的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)可見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)。

二、代碼如下:

sever.c

wKiom1df-EDgWdUPAACIsEjkTio002.jpg

wKiom1df-EGyDvtoAACEDKKJYE8609.jpg

wKioL1df-VSjwWb3AAB6-qiToBE578.jpg

wKiom1df-ELyl_4JAACOaN1QhmY411.jpg

wKioL1df-VWQuzbRAACHPfw9iSE124.jpg

wKiom1df-ESgxddHAAAW67bYo6k289.jpg

client.c

wKiom1dj4MvzuM7ZAABrotnv8ow044.jpg

wKioL1dj4eKy9yN_AACfsZG_PwE230.jpg

wKioL1dj4eOQ-sJjAAAQX-eAeG8222.jpg

運行結果:

wKiom1df-uKS1Z-YAABWVUrYkl4427.jpg


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少了,默認是1024


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