IO多路复用之select总结

1、基本概念

IO多路复用是指内核一旦发现进程指定的一个或者多个IO条件准备读取，它就通知该进程。IO多路复用适用如下场合：

　　（1）当客户处理多个描述字时（一般是交互式输入和网络套接口），必须使用I/O复用。

　　（2）当一个客户同时处理多个套接口时，而这种情况是可能的，但很少出现。

　　（3）如果一个TCP服务器既要处理监听套接口，又要处理已连接套接口，一般也要用到I/O复用。

　　（4）如果一个服务器即要处理TCP，又要处理UDP，一般要使用I/O复用。

　　（5）如果一个服务器要处理多个服务或多个协议，一般要使用I/O复用。

　　与多进程和多线程技术相比，I/O多路复用技术的最大优势是系统开销小，系统不必创建进程/线程，也不必维护这些进程/线程，从而大大减小了系统的开销。

2、select函数

该函数准许进程指示内核等待多个事件中的任何一个发送，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。函数原型如下：

#include <sys/select.h>#include <sys/time.h>int select(int maxfdp1,fd_set *readset,fd_set *writeset,fd_set *exceptset,const struct timeval *timeout)返回值：就绪描述符的数目，超时返回0，出错返回-1

函数参数介绍如下：

（1）第一个参数maxfdp1指定待测试的描述字个数，它的值是待测试的最大描述字加1（因此把该参数命名为maxfdp1），描述字0、1、2…maxfdp1-1均将被测试。

因为文件描述符是从0开始的。

（2）中间的三个参数readset、writeset和exceptset指定我们要让内核测试读、写和异常条件的描述字。如果对某一个的条件不感兴趣，就可以把它设为空指针。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，可通过以下四个宏进行设置：

     void FD_ZERO(fd_set *fdset);           //清空集合          void FD_SET(int fd, fd_set *fdset);   //将一个给定的文件描述符加入集合之中          void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);   //将一个给定的文件描述符从集合中删除          int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);   // 检查集合中指定的文件描述符是否可以读写 

（3）timeout告知内核等待所指定描述字中的任何一个就绪可花多少时间。其timeval结构用于指定这段时间的秒数和微秒数。

         struct timeval{                   long tv_sec;   //seconds                   long tv_usec;  //microseconds       };

这个参数有三种可能：

（1）永远等待下去：仅在有一个描述字准备好I/O时才返回。为此，把该参数设置为空指针NULL。

（2）等待一段固定时间：在有一个描述字准备好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秒数。

（3）根本不等待：检查描述字后立即返回，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。

原理图：

3、测试程序

　　写一个TCP回射程序，程序的功能是：客户端向服务器发送信息，服务器接收并原样发送给客户端，客户端显示出接收到的信息。

服务端程序如下：

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <errno.h>#include <netinet/in.h>#include <sys/socket.h>#include <sys/select.h>#include <sys/types.h>#include <netinet/in.h>#include <arpa/inet.h>#include <unistd.h>#include <assert.h>#define IPADDR      "127.0.0.1"#define PORT        8787#define MAXLINE     1024#define LISTENQ     5#define SIZE        10typedef struct server_context_st{    int cli_cnt;        /*客户端个数*/    int clifds[SIZE];   /*客户端的个数*/    fd_set allfds;      /*句柄集合*/    int maxfd;          /*句柄最大值*/} server_context_st;static server_context_st *s_srv_ctx = NULL;/*=========================================================================== * ==========================================================================*/static int create_server_proc(const char* ip,int port){    int  fd;    struct sockaddr_in servaddr;    fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0);    if (fd == -1) {        fprintf(stderr, "create socket fail,erron:%d,reason:%s\n",                errno, strerror(errno));        return -1;    }    /*一个端口释放后会等待两分钟之后才能再被使用，SO_REUSEADDR是让端口释放后立即就可以被再次使用。*/    int reuse = 1;    if (setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse)) == -1) {        return -1;    }    bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));    servaddr.sin_family = AF_INET;    inet_pton(AF_INET,ip,&servaddr.sin_addr);    servaddr.sin_port = htons(port);    if (bind(fd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) == -1) {        perror("bind error: ");        return -1;    }    listen(fd,LISTENQ);    return fd;}static int accept_client_proc(int srvfd){    struct sockaddr_in cliaddr;    socklen_t cliaddrlen;    cliaddrlen = sizeof(cliaddr);    int clifd = -1;    printf("accpet clint proc is called.\n");ACCEPT:    clifd = accept(srvfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&cliaddrlen);    if (clifd == -1) {        if (errno == EINTR) {            goto ACCEPT;        } else {            fprintf(stderr, "accept fail,error:%s\n", strerror(errno));            return -1;        }    }    fprintf(stdout, "accept a new client: %s:%d\n",            inet_ntoa(cliaddr.sin_addr),cliaddr.sin_port);    //将新的连接描述符添加到数组中    int i = 0;    for (i = 0; i < SIZE; i++) {        if (s_srv_ctx->clifds[i] < 0) {            s_srv_ctx->clifds[i] = clifd;            s_srv_ctx->cli_cnt++;            break;        }    }    if (i == SIZE) {        fprintf(stderr,"too many clients.\n");        return -1;    }101 }static int handle_client_msg(int fd, char *buf) {    assert(buf);    printf("recv buf is :%s\n", buf);    write(fd, buf, strlen(buf) +1);    return 0;}static void recv_client_msg(fd_set *readfds){    int i = 0, n = 0;    int clifd;    char buf[MAXLINE] = {0};    for (i = 0;i <= s_srv_ctx->cli_cnt;i++) {        clifd = s_srv_ctx->clifds[i];        if (clifd < 0) {            continue;        }        /*判断客户端套接字是否有数据*/        if (FD_ISSET(clifd, readfds)) {            //接收客户端发送的信息            n = read(clifd, buf, MAXLINE);            if (n <= 0) {                /*n==0表示读取完成，客户都关闭套接字*/                FD_CLR(clifd, &s_srv_ctx->allfds);                close(clifd);                s_srv_ctx->clifds[i] = -1;                continue;            }            handle_client_msg(clifd, buf);        }    }}static void handle_client_proc(int srvfd){    int  clifd = -1;    int  retval = 0;    fd_set *readfds = &s_srv_ctx->allfds;    struct timeval tv;    int i = 0;    while (1) {        /*每次调用select前都要重新设置文件描述符和时间，因为事件发生后，文件描述符和时间都被内核修改啦*/        FD_ZERO(readfds);        /*添加监听套接字*/        FD_SET(srvfd, readfds);        s_srv_ctx->maxfd = srvfd;        tv.tv_sec = 30;        tv.tv_usec = 0;        /*添加客户端套接字*/        for (i = 0; i < s_srv_ctx->cli_cnt; i++) {            clifd = s_srv_ctx->clifds[i];            /*去除无效的客户端句柄*/            if (clifd != -1) {                FD_SET(clifd, readfds);            }            s_srv_ctx->maxfd = (clifd > s_srv_ctx->maxfd ? clifd : s_srv_ctx->maxfd);        }        /*开始轮询接收处理服务端和客户端套接字*/        retval = select(s_srv_ctx->maxfd + 1, readfds, NULL, NULL, &tv);        if (retval == -1) {            fprintf(stderr, "select error:%s.\n", strerror(errno));            return;        }        if (retval == 0) {            fprintf(stdout, "select is timeout.\n");            continue;        }        if (FD_ISSET(srvfd, readfds)) {            /*监听客户端请求*/            accept_client_proc(srvfd);        } else {            /*接受处理客户端消息*/            recv_client_msg(readfds);        }    }}static void server_uninit(){    if (s_srv_ctx) {        free(s_srv_ctx);        s_srv_ctx = NULL;    }}static int server_init(){    s_srv_ctx = (server_context_st *)malloc(sizeof(server_context_st));    if (s_srv_ctx == NULL) {        return -1;    }    memset(s_srv_ctx, 0, sizeof(server_context_st));    int i = 0;    for (;i < SIZE; i++) {        s_srv_ctx->clifds[i] = -1;    }    return 0;}int main(int argc,char *argv[]){    int  srvfd;    /*初始化服务端context*/    if (server_init() < 0) {        return -1;    }    /*创建服务,开始监听客户端请求*/    srvfd = create_server_proc(IPADDR, PORT);    if (srvfd < 0) {        fprintf(stderr, "socket create or bind fail.\n");        goto err;    }    /*开始接收并处理客户端请求*/    handle_client_proc(srvfd);    server_uninit();    return 0;err:    server_uninit();    return -1;}

客户端程序如下：

#include <netinet/in.h>#include <sys/socket.h>#include <stdio.h>#include <string.h>#include <stdlib.h>#include <sys/select.h>#include <time.h>#include <unistd.h>#include <sys/types.h>#include <errno.h>#define MAXLINE 1024#define IPADDRESS "127.0.0.1"#define SERV_PORT 8787#define max(a,b) (a > b) ? a : bstatic void handle_recv_msg(int sockfd, char *buf) {    printf("client recv msg is:%s\n", buf);    sleep(5);    write(sockfd, buf, strlen(buf) +1);}static void handle_connection(int sockfd){    char sendline[MAXLINE],recvline[MAXLINE];    int maxfdp,stdineof;    fd_set readfds;    int n;    struct timeval tv;    int retval = 0;    while (1) {        FD_ZERO(&readfds);        FD_SET(sockfd,&readfds);        maxfdp = sockfd;        tv.tv_sec = 5;        tv.tv_usec = 0;        retval = select(maxfdp+1,&readfds,NULL,NULL,&tv);        if (retval == -1) {        return ;    }    if (retval == 0) {        printf("client timeout.\n");        continue;    }    if (FD_ISSET(sockfd, &readfds)) {    n = read(sockfd,recvline,MAXLINE);    if (n <= 0) {        fprintf(stderr,"client: server is closed.\n");        close(sockfd);        FD_CLR(sockfd,&readfds);        return;    }    handle_recv_msg(sockfd, recvline);    }  }}int main(int argc,char *argv[]){    int sockfd;    struct sockaddr_in servaddr;    sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);    bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));    servaddr.sin_family = AF_INET;    servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);    inet_pton(AF_INET,IPADDRESS,&servaddr.sin_addr);    int retval = 0;    retval = connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));if (retval < 0) {    fprintf(stderr, "connect fail,error:%s\n", strerror(errno));    return -1;}    printf("client send to server .\n");    write(sockfd, "hello server", 32);    handle_connection(sockfd);    return 0;}

4、程序结果
启动服务程序，执行三个个客户程序进行测试，结果如下图所示：