多路复用I/O select()

Posted 2020-08-17 Green

select(),poll(),epoll()的总结：http://www.cnblogs.com/Anker/p/3265058.html

在socket编程中，仅仅使用connect，accept、这些带有阻塞（block）的程序时，如果没有某个时间来满足条件，就会一直处于阻塞状态。可想而知在一些应用中是不能满足要求的，因此就有了select，poll，epoll这些非阻塞的程序来满足需求。这些程序在进程或者线程中执行时不必非要等待事件的发生，一旦执行肯定会有返回值，不同的值反映不同的函数执行情况。如果事件发生则与阻塞方式相同，若事件没有发生则返回一个代码告知事件未发生。而进程或线程继续执行，从而提高效率，它们能够监视我们需要的文件描述符的变化情况——读、写就绪或是异常。

 

select(); 

函数原型：

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout); 

 

 先说明两个结构体：
第一，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(filedescriptor)，即文件句柄，这可以是我们所说的普通意义的文件，当然Unix下任何设备、管道、FIFO等都是文件形式，全部包括在内，所以毫无疑问一个socket就是一个文件，socket句柄就是一个文件描述符。fd_set集合可以通过一些宏由人为来操作，比如清空集合FD_ZERO(fd_set *)，将一个给定的文件描述符加入集合之中FD_SET(int ,fd_set*)，将一个给定的文件描述符从集合中删除FD_CLR(int,fd_set*)，检查集合中指定的文件描述符是否可以读写FD_ISSET(int ,fd_set* )。

第二，struct timeval是一个大家常用的结构，用来代表时间值，有两个成员，一个是秒数，另一个是毫秒数。

 

具体解释select的参数：
int maxfdp是一个整数值，是指集合中所有文件描述符的范围，即所有文件描述符的最大值加1，不能错！在Windows中这个参数的值无所谓，可以设置不正确。

fd_set * readfds是指向fd_set结构的指针，这个集合中应该包括文件描述符，我们是要监视这些文件描述符的读变化的，即我们关心是否可以从这些文件中读取数据了，如果这个集合中有一个文件可读，select就会返回一个大于0的值，表示有文件可读，如果没有可读的文件，则根据timeout参数再判断是否超时，若超出timeout的时间，select返回0，若发生错误返回负值。可以传入NULL值，表示不关心任何文件的读变化。

fd_set * writefds是指向fd_set结构的指针，这个集合中应该包括文件描述符，我们是要监视这些文件描述符的写变化的，即我们关心是否可以向这些文件中写入数据了，如果这个集合中有一个文件可写，select就会返回一个大于0的值，表示有文件可写，如果没有可写的文件，则根据timeout参数再判断是否超时，若超出timeout的时间，select返回0，若发生错误返回负值。可以传入NULL值，表示不关心任何文件的写变化。

fd_set * errorfds同上面两个参数的意图，用来监视文件错误异常。

struct timeval * timeout是select的超时时间，这个参数至关重要，它可以使select处于三种状态：

　　第一，若将NULL以形参传入，即不传入时间结构，就是将select置于阻塞状态，一定等到监视文件描述符集合中某个文件描述符发生变化为止；

　　第二，若将时间值设为0秒0毫秒，就变成一个纯粹的非阻塞函数，不管文件描述符是否有变化，都立刻返回继续执行，文件无变化返回0，有变化返回一个正值；

　　第三，timeout的值大于0，这就是等待的超时时间，即select在timeout时间内阻塞，超时时间之内有事件到来就返回了，否则在超时后不管怎样一定返回，返回值同上述。

返回值：返回状态发生变化的描述符总数。
负值：select错误

正值：某些文件可读写或出错

0：等待超时，没有可读写或错误的文件

 

使用示例：

客户端

#include <stdio.h>
#include "debug.h"
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

int main(int argc, char **argv)
{
    if(3 != argc)
    {
        printf("Usage: %s <IP> <PORT>\\n", argv[0]);
        return -1;
    }

    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); // 
    if(-1 == sockfd)
        errsys("socket");

    struct sockaddr_in serveraddr = {0};
    serveraddr.sin_family = AF_INET;
    serveraddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
    serveraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);//IPv4
    int len = sizeof serveraddr;

    if(-1 == connect(sockfd, (struct sockaddr*)&serveraddr, len))
        errsys("connect");

    char buf[100] = {0};
    while(1)
    {
        printf("mydatabase> ");fflush(stdout);
        gets(buf);
        int ret = write(sockfd, buf, sizeof buf);
        ret = read(sockfd, buf, sizeof buf);
        printf("%s\\n", buf);
    }
    close(sockfd);
}

 

服务器

#include <stdio.h>
#include <stdio.h>
#include "debug.h"
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

int main()
{
    int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);     //创建server socket
    if(-1 == listenfd)
        errsys("socket");

    struct sockaddr_in myaddr = {0};
    struct sockaddr_in clientaddr = {0};                            
    myaddr.sin_family = AF_INET;              //IPV4
    myaddr.sin_port = htons(8888);           //port 8888
    myaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("0.0.0.0");　//INADDR_ANY（监听通过任一一张网卡建立的连接）
    int len = sizeof myaddr;

    if(-1 == bind(listenfd, (struct sockaddr*)&myaddr, len))     //绑定server套接字
        errsys("bind");

    if(-1 == listen(listenfd, 10))       //启动监听、监听等待数量为10（并不会阻塞）
        errsys("listen");

    fd_set readfds;
    fd_set writefds;
    FD_ZERO(&readfds);                   
    FD_ZERO(&writefds);
    FD_SET(listenfd, &readfds);            //将server socket加入到描述符集合中

    fd_set temprfds = readfds;            
    fd_set tempwfds = writefds;
    int maxfd = listenfd;                //最大文件描述符为listenfd

#define BUFSIZE 100
#define MAXNFD  1024 
    int nready;
    char buf[MAXNFD][BUFSIZE] = {0};

    while(1)
    {
        temprfds = readfds;            
        tempwfds = writefds;           

        if(-1 == (nready = select(maxfd+1, &temprfds, &tempwfds, NULL, NULL)))    //阻塞，测试文件描述符集合是否变动
//变动文件描述符放在 temprfds和 tempwfds中
            errsys("select");

        if(FD_ISSET(listenfd, &temprfds))         　　//客户端连接请求
        {
            int sockfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &len);      //获得client socket 
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　//传参回写：len作为参数传入，判断实际长度是否与len相同,还会将实际大小通过len返回
            if(-1 == sockfd)
                errsys("accept");
            debug("incoming: %s\\n", inet_ntoa( clientaddr.sin_addr) );
            FD_SET(sockfd, &readfds);                        //将client socket加入集合
            maxfd = maxfd>sockfd?maxfd:sockfd;               //更新最大文件描述符
            if(--nready==0)
                continue;
        }
        
        int fd = 0;
        for(;fd<=maxfd; fd++)
        {
            if(fd == listenfd)                                //客户端连接请求前面已处理
                continue;

            if(FD_ISSET(fd, &temprfds))                        //相关描述符就绪
            {
                int ret = read(fd, buf[fd], sizeof buf[0]);    //从client读取（接收）数据
                if(0 == ret)                                //客户端已关闭或超时
                {
                    close(fd);                                //释放client socket
                    FD_CLR(fd, &readfds);                    //从集合中清除 client socket
                    if(maxfd==fd) --maxfd;                    //更新最大描述符
                    continue;
                }
                FD_SET(fd, &writefds);                        //成功接收数据，将clientfd加入测试集合
            }

            if(FD_ISSET(fd, &tempwfds))                        //向client写入请求就绪
            {
                int ret = write(fd, buf[fd], sizeof buf[0]);
                printf("ret %d: %d\\n", fd, ret);
                FD_CLR(fd, &writefds);                        //从集合中清除写请求测试
            }
        }
    }

    close(listenfd);
}