Linux中select函數學習及實例筆記

Unix中的函數select和poll用來，支持Unix中I/O複用的功能，在Unix中I/O模型可以分爲以一幾種：

（1）阻塞I/O

（2）非阻塞I/O

（3）I/O複用（select和poll）

（4）信號驅動I/O(SIGIO)

（5）異步I/O

   其中，現在比較流行的I/O模型是阻塞I/O模型.阻塞I/O是當應用程序和內核交換數據時，由於內核還沒有準備好數據，那麼應用程序必須進行阻塞，不能繼續執行，直到內核的數據準備好！應用程序取到數據返回後，阻塞過程結束！但返回的結果也並不一定是正確的！這裏只是舉一個簡單的例子！也許情況會更加的複雜！

   非阻塞I/O，例如在和內核交換數據時，如果內核的數據沒有準備好，那麼應用程序不會一真等待，會有一個返回信息，以判斷是那裏出了問題！這樣有助於確認是在那個階段出了問題！

   I/O複用，我們就可以調用系統調用select和poll！在這兩個系統調用中的某一個阻塞，而不是真正的阻塞I/O系統調用！

   下面主要介紹I/O複用中的select函數！select函數可以指示內核等待多個事件中的任一個發生，僅在一個或多個事件發生，或者等待一個足夠的時間後才喚醒進程！select函數的原型如下：Unix中的函數select和poll用來，支持Unix中I/O複用的功能，在Unix中I/O模型可以分爲以一幾種：
（1）阻塞I/O
（2）非阻塞I/O
（3）I/O複用（select和poll）
（4）信號驅動I/O(SIGIO)
（5）異步I/O
   其中，現在比較流行的I/O模型是阻塞I/O模型.阻塞I/O是當應用程序和內核交換數據時，由於內核還沒有準備好數據，那麼應用程序必須進行阻塞，不能繼續執行，直到內核的數據準備好！應用程序取到數據返回後，阻塞過程結束！但返回的結果也並不一定是正確的！這裏只是舉一個簡單的例子！也許情況會更加的複雜！
   非阻塞I/O，例如在和內核交換數據時，如果內核的數據沒有準備好，那麼應用程序不會一真等待，會有一個返回信息，以判斷是那裏出了問題！這樣有助於確認是在那個階段出了問題！
   I/O複用，我們就可以調用系統調用select和poll！在這兩個系統調用中的某一個阻塞，而不是真正的阻塞I/O系統調用！
   下面主要介紹I/O複用中的select函數！select函數可以指示內核等待多個事件中的任一個發生，僅在一個或多個事件發生，或者等待一個足夠的時間後才喚醒進程！select函數的原型如下：
#include <sys/types.h>
#include<sys/time.h>
int select (int maxfdp1,fd_set *readset,fd_set * writeset,fd_set excpetset,const struct timeval *timeout);
返回值：準備好的描述符的正數目 0---超時 -1---出錯！
其中最後一個參數是一個結構體的指針，它表示等待內核中的一組描述符任一個準備好需要花費多久的時間！其中timeval指定了秒數和微秒數。
struct timeval{
         long tv_sec;//秒數
         long tv_usec;//微秒數
};
        
   將 timeout設置爲空指針時，會永遠等待下去，等待固定的時間：如果timeout指向的timeval中的具體的值時，會等待一個固定的時間，不等待立刻返回，這時timeval中的tv_sec和tv_usec爲0.
select有三個可能的返回值。
1．正常情況下返回就緒的文件描述符個數；
2．經過了timeout時長後仍無設備準備好，返回值爲0；
3．如果select被某個信號中斷，它將返回-1並設置errno爲EINTR。
4．如果出錯，返回-1並設置相應的errno。
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
 中間的三個參數readset writeset和excpetset指定我們要讓內核測試讀、寫、異常條件所需的描述字！函數select使用描述字集，它一般是一個整型的數組，每個數中的每一位代表一個描述符！


系統提供了4個宏對描述符集進行操作：
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
//設置文件描述符集fdset中對應於文件描述符fd的位
void FD_SET(int fd, fd_set *fdset);
//清除文件描述符集fdset中對應於文件描述符fd的位（設置爲0)
void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);
//清除文件描述符集fdset中的所有位(既把所有位都設置爲0)
void FD_ZERO(fd_set *fdset);
//在調用select後使用FD_ISSET來檢測文件描述符集fdset中對應於文件描述符fd的位是否被設置。
void FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);

#include <sys/types.h>

#include<sys/time.h>
int select (int maxfdp1,fd_set *readset,fd_set * writeset,fd_set excpetset,const struct timeval *timeout);

返回值：準備好的描述符的正數目 0---超時 -1---出錯！

其中最後一個參數是一個結構體的指針，它表示等待內核中的一組描述符任一個準備好需要花費多久的時間！其中timeval指定了秒數和微秒數。

struct timeval{

         long tv_sec;//秒數

         long tv_usec;//微秒數

};

        

   將 timeout設置爲空指針時，會永遠等待下去，等待固定的時間：如果timeout指向的timeval中的具體的值時，會等待一個固定的時間，不等待立刻返回，這時timeval中的tv_sec和tv_usec爲0.

select有三個可能的返回值。

1．正常情況下返回就緒的文件描述符個數；
2．經過了timeout時長後仍無設備準備好，返回值爲0；
3．如果select被某個信號中斷，它將返回-1並設置errno爲EINTR。
4．如果出錯，返回-1並設置相應的errno。

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
 中間的三個參數readset writeset和excpetset指定我們要讓內核測試讀、寫、異常條件所需的描述字！函數select使用描述字集，它一般是一個整型的數組，每個數中的每一位代表一個描述符！

系統提供了4個宏對描述符集進行操作：
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>

//設置文件描述符集fdset中對應於文件描述符fd的位
void FD_SET(int fd, fd_set *fdset);

//清除文件描述符集fdset中對應於文件描述符fd的位（設置爲0)
void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);

//清除文件描述符集fdset中的所有位(既把所有位都設置爲0)

void FD_ZERO(fd_set *fdset);

//在調用select後使用FD_ISSET來檢測文件描述符集fdset中對應於文件描述符fd的位是否被設置。
void FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);

下面是select函數的一個例子，主要參考網上的例子，並進行的適當的改變！並增加了客戶端的程序。修改fd[i]數組，可是實現動態的管理，也解決了，當一個客戶不斷的斷開再連接時，服務器也斷開的情況。

/*使用select函數可以以非阻塞的方式和多個socket通信。程序只是演示select函數的使用，即使某個連接關閉以後也不會修改當前連接數，連接數達到最大值後會終止程序。
1. 程序使用了一個數組fd，通信開始後把需要通信的多個socket描述符都放入此數組
2. 首先生成一個叫sock_fd的socket描述符，用於監聽端口。
3. 將sock_fd和數組fd中不爲0的描述符放入select將檢查的集合fdsr。
4. 處理fdsr中可以接收數據的連接。如果是sock_fd，表明有新連接加入，將新加入連接的socket描述符放置到fd。 */ 


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

#define MYPORT 1234 //連接時使用的端口

#define MAXCLINE 5 //連接隊列中的個數

#define BUF_SIZE 200

int fd[MAXCLINE]; //連接的fd

int conn_amount; //當前的連接數


void showclient()
{
  int i;
  printf("client amount:%d\n",conn_amount);
  for(i=0;i<MAXCLINE;i++)
  {
    printf("[%d]:%d ",i,fd[i]);
  }
  printf("\n\n");
}


int main(void)
{
  int sock_fd,new_fd; //監聽套接字 連接套接字

  struct sockaddr_in server_addr; // 服務器的地址信息

  struct sockaddr_in client_addr; //客戶端的地址信息

  socklen_t sin_size;
  int yes = 1;
  char buf[BUF_SIZE];
  int ret;
  int i;
  //建立sock_fd套接字

  if((sock_fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1)
  {
    perror("setsockopt");
    exit(1);
  }
  //設置套接口的選項 SO_REUSEADDR 允許在同一個端口啓動服務器的多個實例

  // setsockopt的第二個參數SOL SOCKET 指定系統中，解釋選項的級別 普通套接字

  if(setsockopt(sock_fd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&yes,sizeof(int))==-1)
  {
    perror("setsockopt error \n");
    exit(1);
  }
  
  server_addr.sin_family = AF_INET; //主機字節序

  server_addr.sin_port = htons(MYPORT);
  server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;//通配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 error!\n");
    exit(1);
  }

  if(listen(sock_fd,MAXCLINE)==-1)
  {
    perror("listen error!\n");
    exit(1);
  }

  printf("listen port %d\n",MYPORT);

  fd_set fdsr; //文件描述符集的定義

  int maxsock;
  struct timeval tv;

  conn_amount =0;
  sin_size = sizeof(client_addr);
  maxsock = sock_fd;

  while(1)
  {
    //初始化文件描述符集合

    FD_ZERO(&fdsr); //清除描述符集

    FD_SET(sock_fd,&fdsr); //把sock_fd加入描述符集

    //超時的設定

    tv.tv_sec = 30;
    tv.tv_usec =0;
    //添加活動的連接

    for(i=0;i<MAXCLINE;i++) 
    {
      if(fd[i]!=0)
      {
          FD_SET(fd[i],&fdsr);
      }
    }
    //如果文件描述符中有連接請求 會做相應的處理，實現I/O的複用 多用戶的連接通訊

    ret = select(maxsock +1,&fdsr,NULL,NULL,&tv);
    if(ret <0) //沒有找到有效的連接 失敗

    {
      perror("select error!\n");
      break;
    }
    else if(ret ==0)// 指定的時間到，

    {
      printf("timeout \n");
      continue;
    }
    //循環判斷有效的連接是否有數據到達

    for(i=0;i<conn_amount;i++)
    {
      if(FD_ISSET(fd[i],&fdsr))
      {
        ret = recv(fd[i],buf,sizeof(buf),0);
        if(ret <=0) //客戶端連接關閉，清除文件描述符集中的相應的位

        {
          printf("client[%d] close\n",i);
          close(fd[i]);
          FD_CLR(fd[i],&fdsr);
          fd[i]=0;
          conn_amount--;
          
        }
        //否則有相應的數據發送過來 ，進行相應的處理

        else
        {
          if(ret <BUF_SIZE)
            memset(&buf[ret],'\0',1);
          printf("client[%d] send:%s\n",i,buf);
        }
      }
    }

    if(FD_ISSET(sock_fd,&fdsr))
      {
        new_fd = accept(sock_fd,(struct sockaddr *)&client_addr,&sin_size);
        if(new_fd <=0)
        {
          perror("accept error\n");
          continue;
        }
        //添加新的fd 到數組中 判斷有效的連接數是否小於最大的連接數，如果小於的話，就把新的連接套接字加入集合

        if(conn_amount <MAXCLINE)
        {
          for(i=0;i< MAXCLINE;i++)
          {
            if(fd[i]==0)
            {
              fd[i] = new_fd;
              break;
            }
          }
         conn_amount++;
          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);
            continue;
          }
        }
        showclient();
      }

      for(i=0;i<MAXCLINE;i++)
      {
        if(fd[i]!=0)
        {
          close(fd[i]);
        }
      }
      
      exit(0);
  } 










//客戶端的一個簡單的實現，只是爲了證實一下，服務器端程序的正確性 


//select_client.c


#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <netdb.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>

#define MAXDATASIZE 100
#define SERVPORT 1234
#define MAXLINE 1024
int main(int argc,char *argv[])
{
  int sockfd,sendbytes;
  // char send[MAXLINE];

   char send[MAXLINE];
  char buf[MAXDATASIZE];
  struct hostent *host;
  struct sockaddr_in serv_addr;
  if(argc <2)
  {
    fprintf(stderr,"Please enter the server's hostname\n");
    exit(1);
  }

  if((host = gethostbyname(argv[1])) == NULL)
  {
    perror("gethostbyname");
    exit(1);
  }
  if((sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)) == -1)
  {
    perror("socket error \n");
    exit(1);
  }

  serv_addr.sin_family = AF_INET;
  serv_addr.sin_port = htons(SERVPORT);
  serv_addr.sin_addr = *((struct in_addr *)host->h_addr);
  bzero(&(serv_addr.sin_zero),8);

  if(connect(sockfd,(struct sockaddr *)&serv_addr,sizeof(struct sockaddr)) ==-1)
  {
    perror("connect \n");
    exit(1);
  }
  while(fgets(send,1024,stdin)!=NULL)
  {
     if((sendbytes = write(sockfd,send,100)) ==-1)
  {
    perror("send error \n");
    exit(1);
  }
  }
  close(sockfd);
}