I/O多路複用之select

select函數定義

#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：就緒描述符的數目，超時返回0，出錯返回-1

參數介紹：

（1）第一個參數maxfdp1指定待測試的描述字個數，它的值是待測試的最大描述字加1（因此把該參數命名爲maxfdp1），描述字0、1、2...maxfdp1-1均將被測試，因爲文件描述符是從0開始的。
（2）中間的三個參數readset、writeset和exceptset指定我們要讓內核測試讀、寫和異常條件的描述字。如果對某一個的條件不感興趣，就可以把它設爲空指針。struct fd_set可以理解爲一個集合，這個集合中存放的是文件描述符，可通過以下四個宏進行設置：
          void FD_ZERO(fd_set *fdset);           //清空集合
          void FD_SET(int fd, fd_set *fdset);   //將一個給定的文件描述符加入集合之中
          void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);   //將一個給定的文件描述符從集合中刪除
          int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);   // 檢查集合中指定的文件描述符是否可以讀寫 
（3）timeout告知內核等待所指定描述字中的任何一個就緒可花多少時間。其timeval結構用於指定這段時間的秒數和微秒數。
         struct timeval
                   long tv_sec;   //seconds
                   long tv_usec;  //microseconds
       };
這個參數有三種可能：
（1）永遠等待下去：僅在有一個描述字準備好I/O時才返回。爲此，把該參數設置爲空指針NULL。
（2）等待一段固定時間：在有一個描述字準備好I/O時返回，但是不超過由該參數所指向的timeval結構中指定的秒數和微秒數。
（3）根本不等待：檢查描述字後立即返回，這稱爲輪詢。爲此，該參數必須指向一個timeval結構，而且其中的定時器值必須爲0

select的缺點：

（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服務端程序：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>

#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/ioctl.h> 


#define LISTENQ      1024
#define SERVPORT     7885
#define MAXLINE      4096

int main(int argc, char *argv[])
{
    struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;
    int listenfd, connfd;
    fd_set allset, rset;
    int result;
    socklen_t client_len;

    ssize_t n;                          //read()讀取的大小
    char buf[MAXLINE];

    listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(listenfd  == -1)
    {
        perror("create socket error");
        return -1;
    }

    bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port = htons(SERVPORT);
    inet_pton(AF_INET, "INADDR_ANY", &servaddr.sin_addr);


    // 設置套接字選項避免地址使用錯誤 
    int on =1;
    if((setsockopt(listenfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&on,sizeof(on)))<0)  
    {  
        perror("setsockopt failed");  
        exit(EXIT_FAILURE);  
    }  
    
    if(bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) == -1)
    {
        perror("bind the socket");
        return -1;
    }

    if(listen(listenfd, LISTENQ) == -1)
    {
        perror("listen the socket");
        return -1;
    }

    FD_ZERO(&allset);
    FD_SET(listenfd, &allset);

    while(1)
    {
        int fd;
        int nread;
        rset = allset;
        FD_ZERO(readfds);
        result = select(FD_SETSIZE, &rset, NULL, NULL, NULL);
        if(result < 1)
        {
            perror("server 5");
            exit(1);
        }

        //掃描所有文件描述符
        for(fd=0; fd<FD_SETSIZE; fd++)
        {
            if (FD_ISSET(fd, &rset))
            {
                if(fd == listenfd)//如果此描述符是監聽描述符，則處理客戶連接請求
                {
                    client_len = sizeof(cliaddr);
                    connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &client_len);
                    if(connfd == -1)
                    {
                        perror("accept error");
                        return -1;
                    }
                    FD_SET(connfd, &allset);
                    printf("add client on fd %d\n", connfd);
                }
                else //客戶socket有數據請求時
                {
                    ioctl(fd, FIONREAD, &nread);//取得數據量交給nread  
                    if(nread == 0)
                    {
                        close(fd);
                        FD_CLR(fd, &allset);
                        printf("remove client on fd %d\n", fd);
                    }
                    else
                    {
                        memset(buf, 0, sizeof(buf));
                        n = read(fd, buf, MAXLINE);
                        printf("serving client on fd %d n=%d buf=%s\n", fd,n,buf);
                        write(fd, buf, n);
                    }

                }
            }
        }
    }
}

客戶端測試程序：

#include <sys/types.h> 
#include <sys/socket.h> 
#include <stdio.h> 
#include <netinet/in.h>                                                                    
#include <arpa/inet.h> 
#include <unistd.h> 
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

#define MAXLINE      4096
#define SERVPORT     7885


int main(int argc, char *argv[]) 
{ 
    int client_sockfd; 
    int len; 
    struct sockaddr_in address;//服務器端網絡地址結構體                                           
    int result; 
    char sendline[MAXLINE],recvline[MAXLINE];

    if(argc != 2)
    {
       printf("usage:tcpcli <IPaddress>\n");
       return 0;
    }


    client_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);//建立客戶端socket                               
    address.sin_family = AF_INET; 
    inet_pton(AF_INET, argv[1], &address.sin_addr);         
    address.sin_port = htons(SERVPORT); 
    len = sizeof(address); 
    result = connect(client_sockfd, (struct sockaddr *)&address, len); 
    while(1)
    {
        if(result == -1) 
        { 
             perror("oops: client2"); 
             exit(1); 
        } 
        if(fgets(sendline, MAXLINE, stdin) == NULL)
        {
            return -1;
        }

        printf("sendline is %s\n", sendline);
        write(client_sockfd, sendline, strlen(sendline)); 

        //每次接收前清空recvline
        memset(recvline, 0, sizeof(recvline));
        read(client_sockfd, recvline, strlen(sendline)); 
        printf("char from server = %s\n", recvline); 
    }
    
    close(client_sockfd); 
   return 0;
}