I/O多路复用之select

Posted 2020-07-25

一、select

    I/O多路转接（select）是高级I/O的一种，阻塞IO，纪录锁，系统V流机制，I/O多路转接（poll/epoll）,readv和writev函数以及存储映射IO（mmap），这些统称为高级IO。

select系统调用是用来让我们的程序监视多个文件句柄的状态变化的用来实现多路复用输入/输出模型。程序会停在select这里等待，直到被监视的文件句柄有一个或多个发生了状态改变。文件句柄，其实就是一个整数，我们最熟悉的句柄是0（标准输入），1（标准输出），2（标准错误输出）。对应的FILE *

结构的表示的就是stdin、stdout、stderr。

select函数：

参数nfds是需要监视的最大的文件描述符值+1；

rdset,wrset,exset分别对应于需要检测的可读文件描述符的集合，可写文件描述符的集合及异

常文件描述符的集合。

struct timeval结构体于描述一段时间长度，如果在这个时间内，需要监视的描述符没有事件

发生则函数返回，返回值为0。

下面的宏提供了处理这三种描述词组的方式: 

FD_CLR(inr fd,fd_set* set)；来清除描述词组set中相关fd 的位

FD_ISSET(int fd,fd_set *set)；来测试描述词组set中相关fd 的位是否为真 

FD_SET（int fd,fd_set*set）；来设置描述词组set中相关fd的位 

FD_ZERO（fd_set *set）；来清除描述词组set的全部位 

参数timeout为结构timeval，来设置select()的等待时间，其结构定义如下：

如果参数timeout设为： NULL：则表示select（）没有timeout，select将一直被阻塞，直到某个文件描述符上发生了事件。 0：仅检测描述符集合的状态，然后立即返回，并不等待外部事件的发生。 

特定的时间值：如果在指定的时间段内没有事件发生，select将超时返回。

函数返回值： 

执行成功则返回文件描述词状态已改变的个数；

如果返回0代表在描述词状态改变前已超过timeout时间，没有返回；

当有错误发生时则返回-1，错误原因存于errno，此时参数readfds，writefds，exceptfds和

timeout的值变成不可预测。错误值可能为：

EBADF 文件描述词为无效的或该文件已关闭 

EINTR 此调用被信号所中断 

EINVAL 参数n为负值。 

ENOMEM 核心内存不足

select模型：

理解select模型的关键在于理解fd_set,为说明方便，取fd_set长度为1字节，fd_set中的每一bit

可以对应一个文件描述符fd。则1字节长的fd_set最大可以对应8个fd。 

（1）执行fd_set set; FD_ZERO(&set);则set用位表示是0000,0000。 

（2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);后set变为0001,0000(第5位置为1) 

（3）若再加入fd＝2，fd=1,则set变为0001,0011 

（4）执行select(6,&set,0,0,0)阻塞等待 

（5）若fd=1,fd=2上都发生可读事件，则select返回，此时set变为0000,0011。注意：没有事件

发生的fd=5被清空。 

　基于上述的讨论，可以轻松得出select模型的特点： 

　　（1)可监控的文件描述符个数取决与sizeof(fd_set)的值。每bit表示一个文件描述符。

　　（2）将fd加入select监控集的同时，还要再使用一个数据结构array保存放到select监控集

中的fd，一是用于在select 返回后，array作为源数据和fd_set进行FD_ISSET判断。二是select

返回后会把以前加入的但没有事件发生的fd清空，则每次开始 select前都要重新从array取得fd

逐一加入（FD_ZERO最先），扫描array的同时取得fd最大值maxfd，用于select的第一个参数。 

　　（3）可见select模型必须在select前循环array（加fd，取maxfd），select返回后循环array

（FD_ISSET判断是否有时间发）。

二、代码如下：

运行结果：

select缺点：

（1）每次调用select，都需要把fd集合从用户态拷贝到内核态，这个开销在fd很多时会很大 

（2）同时每次调用select都需要在内核遍历传递进来的所有fd，这个开销在fd很多时也很大 

（3）select支持的文件描述符数量太少了，默认是1024

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