用select实现IO的复用

Posted 2020-07-12

select系统调用用于一次监控多个句柄（文件描述符）的状态变化的。程序会停在select处等待，直到被监视的句柄有一个或多个发生了状态改变。

select函数原型：

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

nfds:表示文件描述符集的个数

readfds:当前有多少个读事件（有数据到了这个状态称之为读事件）

writefd:当前有多少个写事件（关心输出缓冲区是否已满）
最后一个结构体表示每个几秒钟醒来做其他事件，用来设置select等待时间

函数返回值：

执行成功返回描述符集当中状态已改变的个数

返回0表示在描述符状态改变前已经timeout

返回-1表示有错误发生，可能为某个套接字的带有外数据到达

关于select函数的相关函数操作

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)；判断该文件描述符是否在当前文件描述符集中 

FD_SET（int fd,fd_set*set）；将该描述符设置到当前文件描述符集中 

FD_ZERO（fd_set *set）；可以用来初始化文件描述符集

select模型中的fd_set，例：若fd_set为1字节，共有8位，则它的每一个位都可以对应一个文件描述符，若fd=1则应为0000 0001

将fd加入select监控集时，要用一个数组保存放到select监控集中的文件描述符，为了在select 返回后，该数组中保存的数据可以和fd_set进行FD_ISSET判断，select在返回后会把以前加入的但并无任何事件发生的fd清空，每次开始select前都要重新从数组取得fd

逐一加入。

使用select实现TCP通信

服务器端：

1 #include<stdio.h>
  2 #include<string.h>
  3 #include<errno.h>
  4 #include<sys/select.h>
  5 #include<stdlib.h>
  6 #include<netinet/in.h>
  7 #include<unistd.h>
  8 #include<arpa/inet.h>
  9 #include<sys/socket.h>
 10 int fileds[64]; //用一个数组保存select监控集中的文件描述符
 11 void Usage(const char* proc)
 12 {
 13     printf("Usage:%s [ip] [port]\n",proc);
 14 }
 15 
 16 int start(int port,char* ip)
 17 {
 18     int listen_sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
 19     if(listen_sock<0)
 20     {
 21         perror("socket");
 22         exit(1);
 23     }
  24     struct sockaddr_in local;
 25     local.sin_family=AF_INET;
 26     local.sin_port=htons(port);
 27     local.sin_addr.s_addr=inet_addr(ip);
 28     socklen_t len=sizeof(local);
 29     if(bind(listen_sock,(struct sockaddr*)&local,len)<0)
 30     {
 31         perror("bind");
 32         exit(2);
 33     }
 34     if(listen(listen_sock,5)<0)
 35     {
 36         perror("listen");
 37         exit(3);
 38     }
 39     return listen_sock;
 40 }
 41 int main(int argc,char* argv[])
 42 {
 43     if(argc!=3)
  44     {
 45         Usage(argv[0]);
 46         exit(1);
 47     }
 48     char* _ip=argv[1];
 49     int _port=atoi(argv[2]);
 50     int listen_sock=start(_port,_ip);//create socket
 51     int newsock=-1;
 52     int max_fd=0;
 53     fd_set _reads;//many of read event
 54     fd_set _writes;//many of write event
 55     struct sockaddr_in client;
 56     int fds_count=sizeof(fileds)/sizeof(fileds[0]);
 57     socklen_t len=sizeof(client);
 58     int i=0;
 59     while(i<fds_count)
 60     {
 61         fileds[i]=-1; //init fileds[]
 62         ++i;
 63     }
 64     fileds[0]=listen_sock;
 65     max_fd=fileds[0];//init maxfd
 66     int done=0;
 67     while(!done)
 68     {
 69         FD_ZERO(&_reads); //每次循环进来都要进行初始化
 70         FD_ZERO(&_writes);
 71         FD_SET(listen_sock,&_reads);//set listen_sock to reads fd
 72         struct timeval _timeout;
 73         _timeout.tv_sec=20;
 74         _timeout.tv_usec=0;
 75         for(i=1;i<fds_count;++i)
 76         {
 77             if(fileds[i]>0)
 78             {
 79                 FD_SET(fileds[i],&_reads);
 80                 if(fileds[i]>max_fd)
 81                 {
 82                     max_fd=fileds[i];
 83                 }
 84             }
 85         }
 86         switch(select(max_fd+1,&_reads,NULL,NULL,&_timeout))
 87         {//the return val is how many fd is ready 
 88             case 0: //timeout
 89                 printf("select is timeout\n");
 90                 break;
 91             case -1://error
 92                 perror("select");
 93                 break;
 94             default:  //less than 1 fd is ready
 95             {
 96                 for(i=0;i<fds_count;++i)
 97                 {
 98                     if(fileds[i]==listen_sock  99                         && FD_ISSET(fileds[i],&_reads))
100                     {//listen_sock is ready  
101                         newsock=accept(listen_sock,(struct sockaddr*)&client    ,&(len));
102                         if(newsock<0)
103                         {
104                             perror("accept");
105                             return 1;
106                         }
107                         printf("get a new connect... [fd:%d],[ip:%s]\n",news    ock,inet_ntoa(client.sin_addr));
108                         for(i=0;i<fds_count;++i)
109                         {
110                             if(fileds[i]==-1)
111                             {
112                                 fileds[i]=newsock;//add newsock fd
113                                 break;
114                             }
115                         }
116                         if(i==fds_count)//sum fd effective is full
117                         {
118                             close(newsock);
119                         }
120                         //break;
121                     }else if(fileds[i]>0 &&FD_ISSET(fileds[i],&_reads))
122                     {
123                         char buf[1024];
124                         ssize_t _size=read(fileds[i],buf,sizeof(buf)-1);
124                         ssize_t _size=read(fileds[i],buf,sizeof(buf)-1);
125                         if(_size>0)
126                         {
127                             buf[_size]=‘\0‘;
128                             printf("client#%s",buf);
129                             write(fileds[i],buf,_size);
130                         }else if(_size==0)//client close
131                         {
132                             printf("client is closed...\n");
133                             close(fileds[i]);
134                             fileds[i]=-1;//set -1,
135                         }
136                     }
137                 }
138             }
139             break;
140    
141         }
142     }
143     return 0;
144 }

客户端：

 

1 #include<stdio.h>
  2 #include<string.h>
  3 #include<errno.h>
  4 #include<stdlib.h>
  5 #include<netinet/in.h>
  6 #include<unistd.h>
  7 #include<arpa/inet.h>
  8 
  9 void Usage(const char*proc)
 10 {
 11     printf("Usage:%s [remoteip] [remoteport]\n",proc);
 12 }
 13 
 14 int main(int argc,char* argv[])
 15 {
 16     if(argc!=3)
 17      {
 18          Usage(argv[0]);
 19          exit(1);
 20      }
 21 
 22      int _port=atoi(argv[2]);
 23      char *_ip=argv[1];
 1 #include<stdio.h>
  2 #include<string.h>
  3 #include<errno.h>
  4 #include<stdlib.h>
  5 #include<netinet/in.h>
  6 #include<unistd.h>
  7 #include<arpa/inet.h>
  8 
  9 void Usage(const char*proc)
 10 {
 11     printf("Usage:%s [remoteip] [remoteport]\n",proc);
 12 }
 13 
 14 int main(int argc,char* argv[])
 15 {
 16     if(argc!=3)
 17      {
 18          Usage(argv[0]);
 19          exit(1);
 20      }
 21 
 22      int _port=atoi(argv[2]);
 23      char *_ip=argv[1];
 24      int sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
 25      if(sock<0)
 26      {
 27          perror("socket");
 28          exit(2);
 29      }
 30      struct sockaddr_in remote;
 31      remote.sin_family=AF_INET;
 32      remote.sin_port=htons(_port);
 33      remote.sin_addr.s_addr=inet_addr(_ip);
 34      int ret=connect(sock,(struct sockaddr*)&remote,sizeof(remote));
 35      if(ret<0)
 36      {
 37          perror("connect");
 38          exit(3);
 39      }
 40      char buf[1024];
 41      while(1)
 42      {
 43          memset(buf,‘\0‘,sizeof(buf));
 44          printf("please input:");
 45          fflush(stdout);
 46          if(read(0,buf,sizeof(buf)-1)>0)
 47          {
 48              write(sock,buf,strlen(buf));
 49          }
 50    
 51          ssize_t _size=read(sock,buf,sizeof(buf)-1);
 52          if(_size>0)
 53          {
 54              printf("server----client:%s",buf);
 55          }
 56    
 57      }
 58      return 0;
 59 }

结果回显：

使用select实现多路复用同时也存在弊端：

每次调用select，都需要把fd集合从用户态拷贝到内核态，需要在内核中遍历传递进的所有文件描述符，当fd很多时导致开销大