文章屬於轉載:http://blog.csdn.net/polly_polly/article/details/8541923
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:
- int select(int maxfd,fd_set *rdset,fd_set *wrset, \
- 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:
- struct timeval
- {
- time_t tv_sec;//second
- time_t tv_usec;//minisecond
- };
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裏沒有事件發生,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
常見的程序片段如下:
fs_set readset;
FD_ZERO(&readset);
FD_SET(fd,&readset);
select(fd+1,&readset,NULL,NULL,NULL);
if(FD_ISSET(fd,readset){……}
理解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。
基於上面的討論,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。我這邊服務 器上sizeof(fd_set)=512,每bit表示一個文件描述符,則我服務器上支持的最大文件描述符是512*8=4096。據說可調,另有說雖 然可調,但調整上限受於編譯內核時的變量值。本人對調整fd_set的大小不太感興趣,參考http://www.cppblog.com /CppExplore/archive/2008/03/21/45061.html中的模型2(1)可以有效突破select可監控的文件描述符上 限。
(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)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判斷是否有時間發生)。
下面給一個僞碼說明基本select模型的服務器模型:
- array[slect_len];
- nSock=0;
- array[nSock++]=listen_fd;(之前listen port已綁定並listen)
- maxfd=listen_fd;
- while(1){
- FD_ZERO(&set);
- foreach (fd in array)
- {
- fd大於maxfd,則maxfd=fd
- FD_SET(fd,&set)
- }
- res=select(maxfd+1,&set,0,0,0);
- if(FD_ISSET(listen_fd,&set))
- {
- newfd=accept(listen_fd);
- array[nsock++]=newfd;
- if(--res<=0) continue;
- }
- foreach 下標1開始 (fd in array)
- {
- if(FD_ISSET(fd,&tyle="COLOR: #ff0000">set))
- 執行讀等相關操作
- 如果錯誤或者關閉,則要刪除該fd,將array中相應位置和最後一個元素互換就好,nsock減一
- if(--res<=0) continue;
- }
- }
- #include<sys/time.h>
- #include<sys/types.h>
- #include<unistd.h>
- #include<string.h>
- #include<stdlib.h>
- #include<stdio.h>
- int main()
- {
- char buf[10]="";
- fd_set rdfds;
- struct timeval tv;
- int ret;
- FD_ZERO(&rdfds);
- FD_SET(0,&rdfds); //文件描述符0表示stdin鍵盤輸入
- tv.tv_sec = 3;
- tv.tv_usec = 500;
- ret = select(1,&rdfds,NULL,NULL,&tv);
- if(ret<0)
- printf("\n selcet");
- else if(ret == 0)
- printf("\n timeout");
- else
- printf("\n ret = %d",ret);
- if(FD_ISSET(1,&rdfds)) //如果有輸入,從stdin中獲取輸入字符
- {
- printf("\n reading");
- fread(buf,9,1,stdin);
- }
- write(1,buf,strlen(buf));
- printf("\n %d \n",strlen(buf));
- return 0;
- }
- //執行結果ret = 1.
利用Select模型,設計的web服務器:
- #include <stdio.h>
- #include <stdlib.h>
- #include <unistd.h>
- #include <errno.h>
- #include <string.h>
- #include <sys/types.h>
- #include <sys/socket.h>
- #include <netinet/in.h>
- #include <arpa/inet.h>
- #define MYPORT 88960 // the port users will be connecting to
- #define BACKLOG 10 // how many pending connections queue will hold
- #define BUF_SIZE 200
- int fd_A[BACKLOG]; // accepted connection fd
- int conn_amount; // current connection amount
- void showclient()
- {
- int i;
- printf("client amount: %d\n", conn_amount);
- for (i = 0; i < BACKLOG; i++) {
- printf("[%d]:%d ", i, fd_A[i]);
- }
- printf("\n\n");
- }
- int main(void)
- {
- int sock_fd, new_fd; // listen on sock_fd, new connection on new_fd
- struct sockaddr_in server_addr; // server address information
- struct sockaddr_in client_addr; // connector's address information
- socklen_t sin_size;
- int yes = 1;
- char buf[BUF_SIZE];
- int ret;
- int i;
- if ((sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {
- perror("socket");
- exit(1);
- }
- if (setsockopt(sock_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &yes, sizeof(int)) == -1) {
- perror("setsockopt");
- exit(1);
- }
- server_addr.sin_family = AF_INET; // host byte order
- server_addr.sin_port = htons(MYPORT); // short, network byte order
- server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // automatically fill with my IP
- memset(server_addr.sin_zero, '\0', sizeof(server_addr.sin_zero));
- if (bind(sock_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {
- perror("bind");
- exit(1);
- }
- if (listen(sock_fd, BACKLOG) == -1) {
- perror("listen");
- exit(1);
- }
- printf("listen port %d\n", MYPORT);
- fd_set fdsr;
- int maxsock;
- struct timeval tv;
- conn_amount = 0;
- sin_size = sizeof(client_addr);
- maxsock = sock_fd;
- while (1) {
- // initialize file descriptor set
- FD_ZERO(&fdsr);
- FD_SET(sock_fd, &fdsr);
- // timeout setting
- tv.tv_sec = 30;
- tv.tv_usec = 0;
- // add active connection to fd set
- for (i = 0; i < BACKLOG; i++) {
- if (fd_A[i] != 0) {
- FD_SET(fd_A[i], &fdsr);
- }
- }
- ret = select(maxsock + 1, &fdsr, NULL, NULL, &tv);
- if (ret < 0) {
- perror("select");
- break;
- } else if (ret == 0) {
- printf("timeout\n");
- continue;
- }
- // check every fd in the set
- for (i = 0; i < conn_amount; i++) {
- if (FD_ISSET(fd_A[i], &fdsr)) {
- ret = recv(fd_A[i], buf, sizeof(buf), 0);
- char str[] = "Good,very nice!\n";
- send(fd_A[i],str,sizeof(str) + 1, 0);
- if (ret <= 0) { // client close
- printf("client[%d] close\n", i);
- close(fd_A[i]);
- FD_CLR(fd_A[i], &fdsr);
- fd_A[i] = 0;
- } else { // receive data
- if (ret < BUF_SIZE)
- memset(&buf[ret], '\0', 1);
- printf("client[%d] send:%s\n", i, buf);
- }
- }
- }
- // check whether a new connection comes
- if (FD_ISSET(sock_fd, &fdsr)) {
- new_fd = accept(sock_fd, (struct sockaddr *)&client_addr, &sin_size);
- if (new_fd <= 0) {
- perror("accept");
- continue;
- }
- // add to fd queue
- if (conn_amount < BACKLOG) {
- fd_A[conn_amount++] = new_fd;
- printf("new connection client[%d] %s:%d\n", conn_amount,
- inet_ntoa(client_addr.sin_addr), ntohs(client_addr.sin_port));
- if (new_fd > maxsock)
- maxsock = new_fd;
- }
- else {
- printf("max connections arrive, exit\n");
- send(new_fd, "bye", 4, 0);
- close(new_fd);
- break;
- }
- }
- showclient();
- }
- // close other connections
- for (i = 0; i < BACKLOG; i++) {
- if (fd_A[i] != 0) {
- close(fd_A[i]);
- }
- }
- exit(0);
- }
1 基本原理
注:select 原理圖,摘自 IBM iSeries 信息中心。
1 數據結構與函數原型
1.1 select
- 函數原型
int select( int nfds, fd_set *readset, fd_set *writeset, fd_set* exceptset, struct timeval *timeout );
- 頭文件
select
位於:#include <sys/select.h>
struct timeval
位於:#include <sys/time.h>
- 返回值
返回對應位仍然爲1的fd的總數。
- 參數
- nfds:第一個參數是:最大的文件描述符值+1;
- readset:可讀描述符集合;
- writeset:可寫描述符集合;
- exceptset:異常描述符;
- timeout:select 的監聽時長,如果這短時間內所監聽的 socket 沒有事件發生。
1.2 fd_set
1.2.1 清空描述符集合
FD_ZERO(fd_set *)
1.2.2 向描述符集合添加指定描述符
FD_SET(int, fd_set *)
1.2.3 從描述符集合刪除指定描述符
FD_CLR(int, fd_set *)
1.2.4 檢測指定描述符是否在描述符集合中
FD_ISSET(int, fd_set *)
1.2.5 描述符最大數量
#define FD_SETSIZE 1024
1.3 描述符集合
可讀描述符集合中可讀的描述符,爲1,其他爲0;可寫也類似。異常描述符集合中有異常等待處理的描述符的值爲1,其他爲0。
1.4 ioctl
-
函數原型:
int ioctl(int handle, int cmd,[int *argdx, int argcx]);
-
頭文件:
#include <sys/ioctl.h>
-
返回值:
- 0 - 成功
- 1 - 失敗
2 示例
程序各部分的解釋在註釋中。
#include <sys/socket.h>
#include <string.h>
#include <sys/time.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#define TRUE 1
#define FALSE 0
int main(int argc, char *argv[])
{
int i, len, rc, on = TRUE;
int listen_sd, new_sd = 0, max_sd;
int desc_ready;
char buffer[80];
int close_conn, end_server = FALSE;
struct sockaddr_in server_addr;
struct timeval timeout;
struct fd_set master_set, working_set;
// Listen
listen_sd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (listen_sd < 0)
{
perror("socket() failed");
exit(-1);
}
// Set socket options
rc = setsockopt(listen_sd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (char *) &on, sizeof(on));
if (rc < 0)
{
perror("setsockopt() failed");
close(listen_sd);
exit(-1);
}
// Set IO control
rc = ioctl(listen_sd, FIONBIO, (char *) &on);
if (rc < 0)
{
perror("ioctl() failed");
close(listen_sd);
exit(-1);
}
// Bind
memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
server_addr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));
rc = bind(listen_sd, (struct sockaddr *) &server_addr, sizeof(server_addr));
if (rc < 0)
{
perror("bind() failed\n");
close(listen_sd);
exit(-1);
}
// Listen
rc = listen(listen_sd, 32);
if (rc < 0)
{
perror("listen() failed\n");
close(listen_sd);
exit(-1);
}
// Intialize sd set
FD_ZERO(&master_set);
max_sd = listen_sd;
FD_SET(listen_sd, &master_set);
timeout.tv_sec = 3 * 60;
timeout.tv_usec = 0;
// Start
do
{
// Copy master_set into working_set
memcpy(&working_set, &master_set, sizeof(master_set));
printf("Waiting on select()...\n");
rc = select(max_sd + 1, &working_set, NULL, NULL, &timeout);
if (rc < 0)
{
perror(" select() failed\n");
break;
}
if (rc == 0)
{
printf(" select() timed out. End program.\n");
break;
}
desc_ready = rc; // number of sds ready in working_set
// Check each sd in working_set
for (i = 0; i <= max_sd && desc_ready > 0; ++i)
{
// Check to see if this sd is ready
if (FD_ISSET(i, &working_set))
{
--desc_ready;
// Check to see if this is the listening sd
if (i == listen_sd)
{
printf(" Listeing socket is readable\n");
do
{
// Accept
new_sd = accept(listen_sd, NULL, NULL);
// Nothing to be accepted
if (new_sd < 0)
{
// All have been accepted
if (errno != EWOULDBLOCK)
{
perror(" accept() failed\n");
end_server = TRUE;
}
break;
}
// Insert new_sd into master_set
printf(" New incoming connection - %d\n", new_sd);
FD_SET(new_sd, &master_set);
if (new_sd > max_sd)
{
max_sd = new_sd;
}
}
while (new_sd != -1);
}
// This is not the listening sd
else
{
close_conn = FALSE;
printf(" Descriptor %d is avaliable\n", i);
do
{
rc = recv(i, buffer, sizeof(buffer), 0);
// Receive data on sd "i", until failure occurs
if (rc < 0)
{
// Normal failure
if (errno != EWOULDBLOCK)
{
perror(" recv() failed\n");
close_conn = TRUE;
}
break;
}
// The connection has been closed by the client
if (rc == 0)
{
printf(" Connection closed\n");
close_conn = TRUE;
break;
}
/* Receiving data succeeded and echo it back
the to client */
len = rc;
printf(" %d bytes received\n", len);
rc = send(i, buffer, len, 0);
if (rc < 0)
{
perror(" send() failed");
close_conn = TRUE;
break;
}
}
while (TRUE);
// If unknown failure occured
if (close_conn)
{
// Close the sd and remove it from master_set
close(i);
FD_CLR(i, &master_set);
// If this is the max sd
if (i == max_sd)
{
// Find the max sd in master_set now
while (FD_ISSET(max_sd, &master_set) == FALSE)
{
--max_sd;
}
} // End of if (i == max_sd)
} // End of if (close_conn)
}
}
}
}
while (end_server == FALSE);
/* Close each sd in master_set */
for (i = 0; i < max_sd; ++i)
{
if (FD_ISSET(i, &master_set))
{
close(i);
}
}
return 0;
}