Linux网络编程【五】：TCP协议高性能服务器(http)模型之I/O多路转接select

dup:

dup用来复制oldfd所指的文件描述符。但复制成功时返回最小的尚未被使用的文件描述符。若有错误则返回－1，错误代码存入errno中。返回的新文件描述符和参数oldfd指向同一个文件，共享所有的锁定，读写指针，和各项权限或标志位。
1.打开一个新文件
2.关掉标准输出文件符
3.调用dup给文件描述符
4.此时文件描述符变为1
5.将所要打印数据重定向到文件中

I/O多路转接之select

系统提供select函数来实现多路复用输入/输出模型。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。
select:该函数允许进程指示内核等待多个事件中的任何一个发生，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它。

参数意义：

nfds:待测试描述符个数。最大文件描述符+1

readfds/writefds/exceptfds：分别对应于需要检测的可读文件件描述符的集合，可写文件描述符的集 合及异常文件描述符的集合。

异常原因：
   1.某个套接字的带外数据的到达
   2.某个已置为分组模式的伪终端存在可从其主端读取的控制状态信息
select使用描述符集，通常是一个整形数组，其中每个整数中每一位对应一个描述符

其中四个宏：

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)；用来清除描述词组set中相关fd 的位
FD_ISSET(int fd,fd_set *set)；用来测试描述词组set中相关fd 的位是否为真
FD_SET（int fd,fd_set*set）；用来设置描述词组set中相关fd的位
FD_ZERO（fd_set *set）；用来清除描述词组set的全部位

timeout:它告知内核等待所制定描述符中的任何一个就绪可在多长时间，其timeval结构用于指定这段时间的秒数和微妙数。
struct timeval
{
    long tv_sec;//seconds
    long tv_usec;//microseconds
}
有三种情况：
永远等待下去：仅在有一个描述符准备好I/O时才返回，为此，我们把该参数设为NULL.
等待固定时间：在有一个描述符准备好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妙数。
根本不等待：检查描述符后立即返回，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；
前两种情形的等待通常会被进程在等待期间捕获的信号中断，并从信号处理函数返回。
注：有的Linux会在select函数返回时修改timeval结构，从移植性考虑，我们应假设timeval结构在函数返回时未定义，因而每次调用select前都得对它进行初始化。

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和多进程/多线程优缺点比较：

多进程/线程方法的优点：
每个独立进程处理一个独立的client，对server进程来说只需要accept新的连接，对每个子进程来说只需要处理自己的client即可。
多进程、线程方法的缺点：
子进程的创建需要独立的父进程资源副本，开销较大，对高并发的请求不太适合；且一个进程仅处理一个client不能有效发挥作用。另外有些情况下还需要进程间进行通信以协调各进程要完成的任务。

select

优点：相比起多进程/线程 缩短了等待时间，提高效率，减少进程占用内存开销

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支持的文件件描述符数量太小了，默认是1024

使用select实现服务器代码：

#include<stdio.h>#include<sys/types.h>#include<netinet/in.h>#include<arpa/inet.h>#include<sys/socket.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>int array_fds[1024];static void Usage(char* proc){printf("Usage: %s [local_ip] [local_port]", proc);}int startup(char* _ip, int _port){int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if(sock < 0){perror("socket");return 2;}int flg = 1;setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &flg, sizeof(flg));struct sockaddr_in local;local.sin_family = AF_INET;local.sin_port = htons(_port);local.sin_addr.s_addr = inet_addr(_ip);if(bind(sock, (struct sockaddr*)&local, sizeof(local)) < 0){perror("bind");return 3;}if(listen(sock, 5) < 0){perror("listen");return 0;}return sock;}int main(int argc, char* argv[]){if(argc != 3){Usage(argv[0]);return 1;}int listen_socket = startup(argv[1], atoi(argv[2]));fd_set rfds;int max_fd = 0;int array_size = sizeof(array_fds)/sizeof(array_fds[0]);array_fds[0] = listen_socket;int i = 0;for(i = 1; i < array_size; i++){array_fds[i] = -1;}while(1){max_fd = -1;struct timeval timeout = {0,0};FD_ZERO(&rfds);for(i = 0; i < array_size; i++){if(array_fds[i] > 0){FD_SET(array_fds[i], &rfds);if(array_fds[i] > max_fd){max_fd = array_fds[i];//printf("i:%d,  %d\n",i,max_fd);  }}}switch(select(max_fd+1, &rfds, NULL,/*&rfds,*/ NULL, NULL)){case 0:  printf("timeout...\n");break; case -1: perror("select"); break; default: { //printf("select sus\n"); int k = 0;for(;k < array_size; k++){  if(array_fds[k] < 0)continue;   //printf("k = %d, array_fds[k] : %d\n",k,array_fds[k]);if(k == 0 && FD_ISSET(array_fds[k], &rfds)){ //printf(" Accept\n"); struct sockaddr_in client;socklen_t len = sizeof(client);    int new_sock = accept(array_fds[k], (struct sockaddr*)&client, &len);if(new_sock < 0){ perror("accept");continue; }else{printf("get a client : %s ,  %d \n", inet_ntoa(client.sin_addr), ntohs(client.sin_port));int j = 1;for(;j < array_size;j++){  if(array_fds[j] < 0)  { array_fds[j] = new_sock; break;}}if(j == array_size)  close(new_sock);//printf("j:%d\n",j);//printf("array_fds[1]:%d\n",array_fds[j]);    }  }else if(k != 0 && FD_ISSET(array_fds[k],&rfds)){//printf("input\n");      char buf[10240];   ssize_t s = read(array_fds[k], buf, sizeof(buf)-1);   if(s > 0)   {    buf[s] = 0;       printf("client say# %s \n", buf);write(array_fds[k], buf, strlen(buf));   }   else if(s == 0)   {     printf("client quit ...\n");   close(array_fds[k]);    array_fds[k] = -1;   }   else   {perror("read");    close(array_fds[k]);      array_fds[k] = -1;     }   }else{    } } }break; }}return 0;}

客户端代码：

#include<stdio.h>#include<sys/types.h>#include<netinet/in.h>#include<arpa/inet.h>#include<sys/socket.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>#include<strings.h>#include<sys/stat.h>#include<unistd.h>static void Usage(char * proc){printf("Usage : %s [ip] [port]\n");}int main(int argc, char* argv[]){if(argc != 3){Usage(argv[0]);return 1;}int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);struct sockaddr_in peer;peer.sin_family = AF_INET;peer.sin_port = htons(atoi(argv[2]));peer.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);if(connect(sock, (struct sockaddr*)&peer, sizeof(peer)) < 0){perror("connect");return 2;}char buf[10240];//int sfd = dup(STDOUT_FILENO);while(1){printf("Please Enter : ");fflush(stdout);ssize_t s = read(0, buf, sizeof(buf)-1);        int sfd = dup(STDOUT_FILENO);if(s > 0){buf[s-1] = 0;//write(sock, buf, strlen(buf));//输出重定向            //close(1);   // int new_fd = dup(sock);   int new_fd = dup2(sock, 1);            if(new_fd == -1)    {    perror("dup()");    return -1;    }            printf("%s",buf);    fflush(stdout);//恢复stdoutdup2(sfd, STDOUT_FILENO);        ssize_t _s = read(sock, buf, sizeof(buf)-1);    if(_s > 0)    {   buf[_s] = 0;   printf("sever # %s \n", buf);    }}}close(sock);return 0;}