（五十三）高併發服務器——多路IO轉接機制Select模型

本文部分轉載於：
http://blog.csdn.net/wqx521/article/details/53782010
http://blog.csdn.net/orz415678659/article/details/8958415

在Linux中，我們可以使用select函數實現I/O端口的複用，傳遞給 select函數的參數會告訴內核：
　　•我們所關心的文件描述符
　　•對每個描述符，我們所關心的狀態。(我們是要想從一個文件描述符中讀或者寫，還是關注一個描述符中是否出現異常)
　　•我們要等待多長時間。(我們可以等待無限長的時間，等待固定的一段時間，或者根本就不等待)
　　
從 select函數返回後，內核告訴我們一下信息：
　　•對我們的要求已經做好準備的描述符的個數
　　•對於三種條件哪些描述符已經做好準備.(讀，寫，異常)
　　
　　
使用過程中要注意以下三點：
　　1、select能監聽的文件描述符個數受限於FD_SETSIZE,一般爲1024，單純改變進程打開的文件描述符個數並不能改變select監聽文件個數
　　2、解決1024以下客戶端時使用select是很合適的，但如果鏈接客戶端過多，select採用的是輪詢模型
　　3、select本質上是通過設置或者檢查存放fd標誌位的數據結構來進行下一步處理。這樣所帶來的缺點是： 單個進程可監視的fd數量被限制； 需要維護一個用來存放大量fd的數據結構，這樣會使得用戶空間和內核空間在傳遞該結構時複製開銷大； 對socket進行掃描時是線性掃描

#include <sys/select.h>

/* According to earlier standards */
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

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

nfds: 監控的文件描述符集裏最大文件描述符加1，因爲此參數會告訴內核檢測前多少個文件描述符的狀態
readfds：監控有讀數據到達文件描述符集合，傳入傳出參數
writefds：監控寫數據到達文件描述符集合，傳入傳出參數
exceptfds：監控異常發生達文件描述符集合,如帶外數據到達異常，傳入傳出參數
timeout：定時阻塞監控時間，3種情況：
         1.NULL，永遠等下去
         2.設置timeval，等待固定時間
         3.設置timeval裏時間均爲0，檢查描述字後立即返回，輪詢

struct timeval {
        long tv_sec; /* seconds */
        long tv_usec; /* microseconds */
    };


void FD_CLR(int fd, fd_set *set);   把文件描述符集合裏fd清0
int FD_ISSET(int fd, fd_set *set);  測試文件描述符集合裏fd是否置1
void FD_SET(int fd, fd_set *set);   把文件描述符集合裏fd位置1
void FD_ZERO(fd_set *set);          把文件描述符集合裏所有位清0

　　
　　
　　
C/S模型舉例：
注：其中wrap.h和wrap.c請查看第五十篇博客

/* server.c */

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include "wrap.h"

#define MAXLINE 80
#define SERV_PORT 8000

int main(int argc, char *argv[])
{
    int i, maxi, maxfd, listenfd, connfd, sockfd;
    int nready, client[FD_SETSIZE]; /* FD_SETSIZE 默認爲1024 */
    ssize_t n;
    fd_set rset, allset;
    char buf[MAXLINE];
    char str[INET_ADDRSTRLEN]; /* #define INET_ADDRSTRLEN 16 */
    socklen_t cliaddr_len;
    struct sockaddr_in cliaddr, servaddr;

    listenfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
    Bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));

    Listen(listenfd, 20); /* 默認最大128 */

    /**************select開始準備******************/
    maxfd = listenfd; /* 初始化*/
    maxi = -1; /* client[]的下標*/
    for (i = 0; i < FD_SETSIZE; i++)
        client[i] = -1; /* 用-1初始化client[] */

    FD_ZERO(&allset);
    FD_SET(listenfd, &allset); /* 構造select監控文件描述符集*/

    while(1)
    {
        rset = allset; /* 每次循環時都從新設置select監控信號集*/
        nready = select(maxfd+1, &rset, NULL, NULL, NULL);//開始監控,是傳入傳出參數,傳出的是有迴應的select集

        if (nready < 0)
            perr_exit("select error");

        if (FD_ISSET(listenfd, &rset))//檢測是否爲listenfd響應
        { /* new client connection */
            cliaddr_len = sizeof(cliaddr);
            connfd = Accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &cliaddr_len);
            printf("received from %s at PORT %d\n",
                    inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr, str, sizeof(str)),
                    ntohs(cliaddr.sin_port));
            for (i = 0; i < FD_SETSIZE; i++)
                if (client[i] < 0)
                {
                    client[i] = connfd; /* 保存accept返回的文件描述符到client[]裏,原來都被初始化爲-1,client用於保存服務器和客戶用於通信的socket的文件描述符*/
                    break;
                }
            /* 達到select能監控的文件個數上限1024 */
            if (i == FD_SETSIZE) {
                fputs("too many clients\n", stderr);
                exit(1);
            }

            FD_SET(connfd, &allset); /* 添加一個新的文件描述符到select監控信號集裏*/
            if (connfd > maxfd)
                maxfd = connfd; /* select第一個參數需要修改 */
            if (i > maxi)
                maxi = i; /* 更新client[]最大下標值*/
            if (--nready == 0)
                continue; /* 如果沒有更多的就緒文件描述符繼續回到上面select阻塞監聽,負責處理未
                             處理完的就緒文件描述符*/
        }


        for (i = 0; i <= maxi; i++)
        { /* 檢測哪個clients 有數據就緒*/
            if ( (sockfd = client[i]) < 0)
                continue;
            if (FD_ISSET(sockfd, &rset))
            {
                if ( (n = Read(sockfd, buf, MAXLINE)) == 0)
                {
                    /* 當client關閉鏈接時，服務器端也關閉對應鏈接*/
                    Close(sockfd);
                    FD_CLR(sockfd, &allset); /* 解除select監控此文件描述符*/
                    client[i] = -1;
                } else
                {
                    int j;
                    for (j = 0; j < n; j++)
                        buf[j] = toupper(buf[j]);
                    Write(sockfd, buf, n);
                }
                if (--nready == 0)
                    break;
            }
        }
    }
    close(listenfd);
    return 0;
}

/* client.c */

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <netinet/in.h>
#include "wrap.h"
#define MAXLINE 80
#define SERV_PORT 8000
int main(int argc, char *argv[])
{
    struct sockaddr_in servaddr;
    char buf[MAXLINE];
    int sockfd, n;
    sockfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &servaddr.sin_addr);
    servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
    Connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
    while (fgets(buf, MAXLINE, stdin) != NULL) {
        Write(sockfd, buf, strlen(buf));
        n = Read(sockfd, buf, MAXLINE);
        if (n == 0)
            printf("the other side has been closed.\n");
        else
            Write(STDOUT_FILENO, buf, n);
    }
    Close(sockfd);
    return 0;
}