接下來幾篇文章，我們將把注意力放在高併發高性能的網絡服務器程序上。
I/O 多路複用
前面文章設計的程序，都是從標準輸入接收數據輸入，然後通過套接字發送出去，同時，該程序也通過套接字接收對方發送的數據流。我們可以使用 fgets 方法等待標準輸入，但是這樣就沒有辦法在套接字有數據的時候讀出數據。我們也可以使用 read 方法等待套接字有數據返回，但是這樣做也沒有辦法在標準輸入有數據的情況下，讀入數據併發送給對方。
I/O 多路複用的設計初衷就是解決這樣的場景。我們可以把標準輸入、套接字等都看做 I/O 的一路，多路複用的意思，就是在任何一路 I/O 有“事件”發生的情況下，通知應用程序去處理相應的 I/O 事件，這樣我們的程序就變成了“多面手”，在同一時刻彷彿可以處理多個 I/O 事件。
select 函數就是這樣一種常見的 I/O 多路複用技術，我們將在後面繼續講解其他的多路複用技術。使用 select 函數，通知內核掛起進程，當一個或多個 I/O 事件發生後，控制權返還給應用程序，由應用程序進行 I/O 事件的處理。
這些 I/O 事件的類型非常多，比如：
- 標準輸入文件描述符準備好可以讀。
- 監聽套接字準備好，新的連接已經建立成功。
- 已連接套接字準備好可以寫。
- 如果一個 I/O 事件等待超過了 10 秒，發生了超時事件。
select 函數的使用方法
int select(int maxfd, fd_set *readset, fd_set *writeset, fd_set *exceptset, const struct timeval *timeout);
返回：若有就緒描述符則爲其數目，若超時則爲0，若出錯則爲-1
在這個函數中，maxfd 表示的是待測試的描述符基數，它的值是待測試的最大描述符加 1。Linux系統中select支持的maxfd的最大值爲1024，於是之前的數組大小就可以計算出來是32。比如現在的 select 待測試的描述符集合是{0,1,4}，那麼 maxfd 就是 5。緊接着的是三個描述符集合，分別是讀描述符集合 readset、寫描述符集合 writeset 和異常描述符集合 exceptset，這三個分別通知內核，在哪些描述符上檢測數據可以讀，可以寫和有異常發生。三個描述符集合中的每一個都可以設置成空，這樣就表示不需要內核進行相關的檢測。
void FD_ZERO(fd_set *fdset);
void FD_SET(int fd, fd_set *fdset);
void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);
int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);
利用上面這些宏，可以設置描述符集合。怎麼去理解他們？下面有一個向量，代表了一個描述符集合，其中的每個元素都是二進制中的0或者1：
a[maxfd-1], ..., a[1], a[0]
FD_ZERO 用來將這個向量的所有元素都設置成 0；
FD_SET 用來把對應套接字 fd 的元素，a[fd]設置成 1；
FD_CLR 用來把對應套接字 fd 的元素，a[fd]設置成 0；
FD_ISSET 對這個向量進行檢測，判斷出對應套接字的元素 a[fd]是 0 還是 1。
實際上，很多系統是用一個整型數組來表示一個描述字集合的，一個 32 位的整型數可以表示 32 個描述字，例如第一個整型數表示 0-31 描述字，第二個整型數可以表示 32-63 描述字，以此類推。像下面這樣：
00000000 00000000 00000000 10010010
這個32bit分別表示了描述字7，4和1設置爲1，其他的設置爲0。
最後一個參數是 timeval 結構體時間：
struct timeval {
long tv_sec; /* seconds */
long tv_usec; /* microseconds */
};
這個參數設置成不同的值，會有不同的可能：第一個可能是設置成空 (NULL)，表示如果沒有 I/O 事件發生，則 select 一直等待下去。第二個可能是設置一個非零的值，這個表示等待固定的一段時間後從 select 阻塞調用中返回，這在前面的例子裏使用過。第三個可能是將 tv_sec 和 tv_usec 都設置成 0，表示根本不等待，檢測完畢立即返回。這種情況使用得比較少。
看下面的程序，來深入理解一下select函數的使用：
int main(int argc, char **argv) {
if (argc != 2) {
printf("usage: select01 <IPaddress>\n");
return 0;
}
int sockfd;
int connect_rt;
struct sockaddr_in serv_addr;
sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_port = htons(7878);
inet_pton(AF_INET, "192.168.133.131", &serv_addr.sin_addr);
connect_rt = connect(sockfd, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));
if (connect_rt < 0)
{
fprintf(stderr, "Connect failed !\n");
exit(0);
}
char recv_line[MAXLINE], send_line[MAXLINE];
int n;
fd_set readmask;
fd_set allreads;
FD_ZERO(&allreads);
FD_SET(0, &allreads);
FD_SET(socket_fd, &allreads);
for (;;) {
readmask = allreads;
int rc = select(socket_fd + 1, &readmask, NULL, NULL, NULL);
if (rc <= 0) {
printf("select failed");
exit(0);
}
if (FD_ISSET(socket_fd, &readmask)) {
n = read(socket_fd, recv_line, MAXLINE);
if (n < 0) {
printf("read error\n");
continue;
} else if (n == 0) {
printf("server terminated \n");
continue;
}
recv_line[n] = 0;
fputs(recv_line, stdout);
fputs("\n", stdout);
}
if (FD_ISSET(stdin, &readmask)) {
if (fgets(send_line, MAXLINE, stdin) != NULL) {
int i = strlen(send_line);
if (send_line[i - 1] == '\n') {
send_line[i - 1] = 0;
}
printf("now sending %s\n", send_line);
size_t rt = write(socket_fd, send_line, strlen(send_line));
if (rt < 0) {
printf("write failed \n");
continue;
}
printf("send bytes: %zu \n", rt);
}
}
}
}
程序中通過 FD_ZERO 初始化了一個描述符集合，這個描述符讀集合是空的：
接下來，分別使用 FD_SET 將描述符 0，即標準輸入，以及連接套接字描述符 3 設置爲待檢測：
接下來是循環檢測，這裏我們沒有阻塞在 fgets 或 read 調用，而是通過 select 來檢測套接字描述字有數據可讀，或者標準輸入有數據可讀。比如，當用戶通過標準輸入使得標準輸入描述符可讀時，返回的 readmask 的值爲：
這個時候 select 調用返回，可以使用 FD_ISSET 來判斷哪個描述符準備好可讀了。如上圖所示，這個時候是標準輸入可讀，程序讀入後發送給對端。如果是連接描述字準備好可讀了，判斷爲真，使用 read 將套接字數據讀出。
我們需要注意的是，每次測試完之後，重新設置待測試的描述符集合。你可以看到上面的例子，在 select 測試之前的數據是{0,3}，select 測試之後就變成了{0}。
這是因爲 select 調用每次完成測試之後，內核都會修改描述符集合，通過修改完的描述符集合來和應用程序交互，應用程序使用 FD_ISSET 來對每個描述符進行判斷，從而知道什麼樣的事件發生。
套接字描述符就緒條件
當我們說 select 測試返回，某個套接字準備好可讀，表示什麼樣的事件發生呢？
第一種情況是套接字接收緩衝區有數據可以讀，如果我們使用 read 函數去執行讀操作，肯定不會被阻塞，而是會直接讀到這部分數據。
第二種情況是對方發送了 FIN，使用 read 函數執行讀操作，不會被阻塞，直接返回 0。
第三種情況是針對一個監聽套接字而言的，有已經完成的連接建立，此時使用 accept 函數去執行不會阻塞，直接返回已經完成的連接。
第四種情況是套接字有錯誤待處理，使用 read 函數去執行讀操作，不阻塞，且返回 -1。
總結成一句話就是，內核通知我們套接字有數據可以讀了，使用 read 函數不會阻塞。
select 檢測套接字可寫，完全是基於套接字本身的特性來說的，具體來說有以下幾種情況。
第一種是套接字發送緩衝區足夠大，如果我們使用非阻塞套接字進行 write 操作，將不會被阻塞，直接返回。
第二種是連接的寫半邊已經關閉，如果繼續進行寫操作將會產生 SIGPIPE 信號。
第三種是套接字上有錯誤待處理，使用 write 函數去執行讀操作，不阻塞，且返回 -1。
總結成一句話就是，內核通知我們套接字可以往裏寫了，使用 write 函數就不會阻塞。
最後，select 函數提供了最基本的 I/O 多路複用方法，在使用 select 時，我們需要建立兩個重要的認識：
描述符基數是當前最大描述符 +1；
每次 select 調用完成之後，記得要重置待測試集合。
溫故而知新 ！