IO复用之——select
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了IO复用之——select相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
一. select
前面提到Linux下的五种IO模型中有一个是IO复用模型，这种IO模型是可以调用一个特殊的函数同时监听多个IO事件，当多个IO事件中有至少一个就绪的时候，被调用的函数就会返回通知用户进程来处理已经ready事件的数据，这样通过同时等待IO事件来代替单一等待一个IO窗口数据的方式，可以大大提高系统的等待数据的效率；而接下来，就要讨论在Linux系统中提供的一个用来进行IO多路等待的函数——select；
二. select函数的用法
首先在使用select之前，要分清在IO事件中，往往关心的不是数据的读取就是数据的发送，也就是数据的读和写，当然也有同时关心读写的，没有任何一个IO事件既不关系读也不关心写的，因此，在对于使用select对多个IO事件进行监听检测的时候，就要对这些事件进行读写的分类，以便日后在select返回时通过检测能够得知当前事件是读发生了还是写发生了；
函数参数中，
nfds表示当前最大文件描述符值+1；
readfds表示当前的事件中有多少是关心数据的读取的；
writefds表示当前的事件中有多少是关心数据的写入的；
excptfds表示当前事件中关心异常发生的事件集，也是数据的写入；
其中，fd_set是一个文件符集的数据类型；
对于fd_set文件描述符集的设置，系统提供了四个函数来进行操作：
FD_CLR是对文件描述符集中的所有文件描述符进行清除；
FD_ISSET是判断某个文件描述符是否已经被设置进某个文件描述符集中；
FD_SET是将某个文件描述符设置进某个文件描述符集中；
FD_ZERO是对某个文件描述符集进行初始化；
timeout是时间的设定，表示当超过设定的时间仍然没有事件就绪时就超时返回不再等待；
timeout的结构体类型如下：
tv_sec是秒的设置；
tv_usec是微秒的设置；
对于select函数的返回值：
当返回值为-1的时候，表示函数出错并会置相应的错误码；
当返回值为0的时候，表示超时返回；
当返回值大于0的时候，表示至少已经有一个事件已经就绪可以处理其数据了；
三. 栗子时间
前面有一篇本人写的博客是基于TCP协议的socket编程，其中一个服务器为了能处理多个连接请求将listen监听和accept处理连接请求分开，每当listen到一个连接请求的时候就fork出一个子进程让子进程去处理，或者使用多线程，这样就不耽误对网络中连接请求的监听了；
但是同样是单进程，可以使用select的IO复用模型来解决对多个连接的数据处理，程序设计如下：
server服务器端：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/select.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#define _BACKLOG_ 5//设置监听队列里面允许等待的最大值
int fds[20];//用于集存需要进行处理的IO事件
void usage(const char *argv)//进行命令行参数的差错判断
{
printf("%s [ip] [port]\n", argv);
exit(0);
}
int creat_listen_sock(int ip, int port)//创建listen socket
{
int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(sock < 0)
{
perror("socket");
exit(1);
}
struct sockaddr_in server;//设置本地server端的网络地址信息
server.sin_family = AF_INET;
server.sin_port = htons(port);
server.sin_addr.s_addr = ip;
if(bind(sock, (struct sockaddr*)&server, sizeof(server)) < 0)//绑定端口号和网络地址信息
{
perror("bind");
exit(3);
}
if(listen(sock, _BACKLOG_) < 0)//进行监听
{
perror("listen");
exit(2);
}
return sock;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
if(argc != 3)
usage(argv[0]);
int port = atoi(argv[2]);
int ip = inet_addr(argv[1]);
int listen_sock = creat_listen_sock(ip, port);//获取监听端口号
struct sockaddr_in client;//创建对端网络地址信息结构体用于保存对端信息
socklen_t client_len = sizeof(client);
size_t fds_num = sizeof(fds)/sizeof(fds[0]);
size_t i = 0;
for(; i < fds_num; ++i)//将存放文件描述符的数组进行初始化
fds[i] = -1;
fds[0] = listen_sock;//首先将listen socket添加进去
fd_set read_fd;//创建读事件文件描述符集
fd_set write_fd;//创建写事件文件描述符集
int max_fd = fds[0];//首先将最大的文件描述符集设定为listen socket
while(1)
{
FD_ZERO(&read_fd);//将两个文件描述符集进行初始化
FD_ZERO(&write_fd);
struct timeval timeout = {10, 0};//设定超时时间
size_t i = 0;
for(; i < fds_num; ++i)//每次循环都要将数组中的文件描述符进行重新添加设置
{
if(fds[i] > 0)
{
FD_SET(fds[i], &read_fd);
if(fds[i] > max_fd)
max_fd = fds[i];
}
}
switch(select(max_fd+1, &read_fd, &write_fd, NULL, &timeout))//进行select等待
{
case -1://出错
perror("select");
break;
case 0://超时
printf("time out...\n");
break;
default://至少有一个IO事件已经就绪
{
size_t i = 0;
for(; i < fds_num; ++i)
{
//当为listen socket事件就绪的时候，就表明有新的连接请求
if(FD_ISSET(fds[i], &read_fd) && (fds[i] == listen_sock))
{
int accept_sock = accept(listen_sock, (struct sockaddr*)&client, &client_len);
if(accept_sock < 0)
{
perror("accept");
continue;
}
char *client_ip = inet_ntoa(client.sin_addr);
int client_port = ntohs(client.sin_port);
printf("connect with a client... [ip]:%s [port]:%d\n", client_ip, client_port);
size_t i = 0;
for(; i < fds_num; ++i)//将新的连接请求的文件描述符添加进数组保存
{
if(fds[i] == -1)
{
fds[i] = accept_sock;
break;
}
}
if(i == fds_num)
close(accept_sock);
}
//除了listen socket就是别的普通进行数据传输的文件描述符
else if(FD_ISSET(fds[i], &read_fd) && (fds[i] > 0))
{
char buf[1024];
ssize_t size = read(fds[i], buf, sizeof(buf)-1);
if(size < 0)
perror("read");
else if(size == 0)
{//当client端关闭就关闭相应的文件描述符
printf("client closed...\n");
close(fds[i]);
fds[i] = -1;
}
else
{
buf[size] = ‘\0‘;
printf("client# %s\n", buf);
}
}
else
{}
}
}
break;
}
}
return 0;
}因为客户端的程序和前面的TCP的程序一样，这里就不再多写；
上面的程序可以分为如下步骤：
创建监听套接字并绑定本地网络地址信息进行监听；
创建一个全局的数组用于存放已有事件的文件描述符，便于重新进行整理；
创建读、写事件集，这里忽略异常事件集；
循环等待各个事件的就绪，每次都重新初始化事件集和重新添加设置，因为select会将没有就绪的事件清为0；
select完成进行返回值的一个判断：如果是-1，则出错返回；如果是0，则超时返回；如果是大于零的值，则表明至少有一个事件就绪，转到第6步；
将数组中的事件拿出一一进行判断：如果是listen socket就绪表明有新的连接请求，新创建一个文件描述符用于处理数据的传输，并将其添置进数组中；如果是别的文件描述符就绪表明有数据传输过来需要读取，转第7步；
读取数据时，如果判断client端关闭就将数组中相应位置还原回无效值并且关闭相应的socket文件描述符，读取成功输出数据，继续循环；
运行程序：
可以注意到上面的程序中sever端只将所有的连接请求都作为读事件添加进去了，而并没有关心写事件，事实上socket支持全双工的通信，因此，将上面的程序改为server端读取数据的同时将数据再写回给client端，以此来告知client端server端已经成功收到了数据，程序改进如下：
在循环每一次重新整理数组中的文件描述符集的时候将不是listen socket的文件描述符集同时添加进读事件集和写事件集：
FD_ZERO(&read_fd);
FD_ZERO(&write_fd);
FD_SET(listen_sock, &read_fd);//先将listen socket添加进读事件集
struct timeval timeout = {10, 0};
size_t i = 1;//循环跳过listen socket从1开始
for(; i < fds_num; ++i)
{
if(fds[i] > 0)
{
FD_SET(fds[i], &read_fd);//同时添加进读事件集和写事件集
FD_SET(fds[i], &write_fd);
if(fds[i] > max_fd)
max_fd = fds[i];
}
}而当数据就绪进行读取完毕之后，再将同一个缓冲区中的数据写回client端，这里因为读写事件中使用的是同一个文件描述符，因此，当一个socket的读事件准备就绪的时候，说明写事件同样也是就绪的，而且使用同一个缓冲区中相同的数据：
else if(FD_ISSET(fds[i], &read_fd) && (FD_ISSET(fds[i], &write_fd)) && (fds[i] > 0))
{
char buf[1024];
ssize_t size = read(fds[i], buf, sizeof(buf)-1);
if(size < 0)
perror("read");
else if(size == 0)
{
printf("client closed...\n");
close(fds[i]);
fds[i] = -1;
break;
}
else
{
buf[size] = ‘\0‘;
printf("client# %s\n", buf);
}
if(FD_ISSET(fds[i], &write_fd))
{
size = write(fds[i], buf, strlen(buf));
if(size < 0)
perror("write");
}
else
printf("can not write back...\n");
}因此，在client端也需要进行读取；
运行程序：
总结如上，虽然select实现IO复用在等待数据的效率看来要比单一的等待高，但是不难发现当需要等待多个事件的时候，是需要不断地进行复制和循环判断的，这也同样增加了时间复杂度增加了系统的开销，而且，作为一个数据类型的fd_set是由上限的，我的当前机器sizeof（fd_set）值为128，而一个字节能添加8个文件描述符，也就是总共只能添加128*8=1024个文件描述符，这个数目还是有些小的，无疑也是一个缺点。
《完》
本文出自 “敲完代码好睡觉zzz” 博客，请务必保留此出处http://2627lounuo.blog.51cto.com/10696599/1783654
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