select-IO多路复用

Posted 2023-02-23 zxnsirius

1、基本概念
IO多路复用是指内核一旦发现进程指定的一个或者多个IO条件准备读取，它就通知该进程。IO多路复用适用如下场合：

1. 当客户处理多个描述字时（一般是交互式输入和网络套接口），必须使用I/O复用。
2. 当一个客户同时处理多个套接口时，而这种情况是可能的，但很少出现。
3. 如果一个TCP服务器既要处理监听套接口，又要处理已连接套接口，一般也要用到I/O复用。
4. 如果一个服务器即要处理TCP，又要处理UDP，一般要使用I/O复用。
5. 如果一个服务器要处理多个服务或多个协议，一般要使用I/O复用

与多进程和多线程技术相比，I/O多路复用技术的最大优势是系统开销小，系统不必创建进程/线程，也不必维护这些进程/线程，从而大大减小了系统的开销。
2、select函数
　　该函数准许进程指示内核等待多个事件中的任何一个发送，并只在有一个或多个事件发生或经历一段指定的时间后才唤醒。函数原型如下：

#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：就绪描述符的数目，超时返回0，出错返回-1

函数参数介绍如下：

1. 第一个参数maxfdp1指定待测试的描述字个数，它的值是待测试的最大描述字加1（因此把该参数命名为maxfdp1），描述字0、1、2…maxfdp1-1均将被测试。
   因为文件描述符是从0开始的。
2. 中间的三个参数readset、writeset和exceptset指定我们要让内核测试读、写和异常条件的描述字。如果对某一个的条件不感兴趣，就可以把它设为空指针。struct
   fd_set可以理解为一个集合，这个集合中存放的是文件描述符，可通过以下四个宏进行设置：

void FD_ZERO(fd_set *fdset);           //清空集合
void FD_SET(int fd, fd_set *fdset);   //将一个给定的文件描述符加入集合之中
void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);   //将一个给定的文件描述符从集合中删除
int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);   // 检查集合中指定的文件描述符是否可以读写 

• timeout告知内核等待所指定描述字中的任何一个就绪可花多少时间。其timeval结构用于指定这段时间的秒数和微秒数。
  struct timeval
  long tv_sec; //seconds
  long tv_usec; //microseconds
  ;

这个参数有三种可能：
（1）永远等待下去：仅在有一个描述字准备好I/O时才返回。为此，把该参数设置为空指针NULL。
（2）等待一段固定时间：在有一个描述字准备好I/O时返回，但是不超过由该参数所指向的timeval结构中指定的秒数和微秒数。
（3）根本不等待：检查描述字后立即返回，这称为轮询。为此，该参数必须指向一个timeval结构，而且其中的定时器值必须为0。

下面是我写的一个select的demo，以便以后用到或者大家需要

/*********************************************************
-  Copyright (C): 2016
-  File name    : server.c
-  Author       : - Zhaoxinan -
-  Date         : 2016年09月29日 星期四 15时09分06秒
-  Description  : 服务器selcetIO多路复用
                  
*  *******************************************************/
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <sys/select.h>
#include <stdlib.h>
#include <netdb.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#include <ctype.h>
#include <arpa/inet.h>

//端口号8000
#define PORT 8000
//最大连接数80
#define MAX_LINE 80

int main()

    int i;
    int ret;
    int sockfd;
    int new_fd;
    int work_fd;
    int sin_size;
    int opt = 1;

    int maxi;
    int maxfd;

    fd_set readset;
    fd_set allset;  

    int client[FD_SETSIZE]; //客户端连接的套接字描述符数组

    char buffer[MAX_LINE];

    socklen_t addr_len; //地址结构长度

    struct sockaddr_in server_addr;
    struct sockaddr_in client_addr;

    //创建一个TCP套接口
    if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
    
	    fprintf(stderr, "Socket error!\\n", strerror(errno));
	    exit(1);
    
    
    //填充服务器端信息
    bzero(&server_addr, sizeof(struct sockaddr_in));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    server_addr.sin_port = htons(PORT);
    
    //让服务器退出后不用等待30s
    setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));
    
    //绑定IP和端口号
    if (bind(sockfd, (struct sockaddr*)(&server_addr), sizeof(struct sockaddr)) == -1)
    
	    fprintf(stderr, "Bind error:%s\\n\\a", strerror(errno));
	    exit(1);
    
    printf("bind\\n");
    //设置最大监听数
    if (listen(sockfd, 30) == -1)
    
	    fprintf(stderr, "Listen error:%s\\n\\a", strerror(errno));
	    exit(1);
    
    printf("listening!\\n");

    //对最大描述符进行初始化
    maxfd = sockfd;
    maxi = -1;
    
    for (i = 0; i < FD_SETSIZE; i++)
    
	    client[i] = -1;
    
    //清空描述符集
    FD_ZERO(&allset);
    //将sockfd加入描述符集
    FD_SET(sockfd, &allset);

    while (1)
    
	    readset = allset;
	    //得到当前可以读的文件描述符数
	    ret = select(maxfd + 1, &readset, NULL, NULL, NULL);
	    if (ret == -1)
	    
	        printf("select error!\\n");
	        exit(1);
	    

	    //检测sockfd在集合中的状态是否变化
	    if (FD_ISSET(sockfd, &readset))
	    
	        //进入if说明右客户端连接需要给它创建一个client_fd
	        addr_len = sizeof(server_addr);
	        if ((new_fd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)(&client_addr), &addr_len)) == -1)
	        
		        fprintf(stderr, "Accept error:%s\\n\\a", strerror(errno));
		        exit(1);
	        
	        printf("accept\\n");
            printf("新客户端fd = %d上线\\n", new_fd);
		    //找一个空闲的位置将newfd存储起来
		    //这个数组的作用就是统计目前的描述符集是否溢出
		    for (i = 0; i < FD_SETSIZE; i++)
		    
				if (client[i] <= 0)
				
				    client[i] = new_fd;
				    break;
				
		    
		    //太多的客户端超过服务器设置的描述符集最大值，服务器拒绝链接
		    if (i == FD_SETSIZE)
		    
	            printf("too many clients\\n");
			    exit(1);
		    
            //将新的描述符加入描述符集
		    FD_SET(new_fd, &allset);
	
		    if (new_fd > maxfd)
		    
				maxfd = new_fd;
		    
		    if (i > maxi)
		    
				maxi = i;
		    
	    
	    //对每一个连接描述符做处理
	    for (i = 0; i < FD_SETSIZE; i++)
	    
            if ((work_fd = client[i]) < 0)
		    
				continue;
		    
            //检测该fd是否变化，如果变化则进if
		    if (FD_ISSET(work_fd, &readset))
		    
				printf("reading\\n");
				ret = read(work_fd, buffer, MAX_LINE);
				if (ret == 0)
				
				    //断开链接
				    printf("the other side has been close\\n");
				    fflush(stdout);
				    close(work_fd);
                    //从描述符集中删除该描述符
				    FD_CLR(work_fd, &allset);
				    client[i] = -1;
				
				else
				
				    printf("当前客户fd = %d发送信息\\n", work_fd);
				    printf("%s\\n", buffer);
				    printf("__________________\\n");
		            printf("readok!\\n");
		        
	        
	    
    
    close(sockfd);
    return 0;

/*********************************************************
-  Copyright (C): 2016
-  File name    : client.c
-  Author       : - Zhaoxinan -
-  Date         : 2016年10月07日 星期五 22时03分58秒
-  Description  : IO多路复用客户端
                  
*  *******************************************************/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <ctype.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>

#define PORT 8000

int main(int argc, char **argv)

    int ret;
    int sockfd;
    int n_write;

    char buffer[80];

    struct sockaddr_in server_addr;

    if (argc != 2)
    
		exit(1);
    
    
    if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
    
		exit(1);
    

    bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(PORT);
    server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);

    if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)(&server_addr), sizeof(struct sockaddr)) == -1)
    
		exit(1);
    

    while (1)
    
		memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
		scanf("%s", buffer);
	
		n_write = write(sockfd, buffer, sizeof(buffer));
		if (n_write == -1)
		
		    printf("write error!\\n");
		
		printf("_________________\\n");
	
    return 0;