Linux【网络编程】——I/O多路转接之Select服务器

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。程序会停在select这?里等待，直到被监视的文件句柄有一个或多个发生了状态改变。关于文件句柄，其实就是一个整数，我们最熟悉的句柄是0、1、2三个，0是标准输入，1是标准输出，2是标准错误输出。0、1、2是整数表示的，对应的FILE *结构的表示就是stdin、stdout、stderr。

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

参数nfds是需要监视的最大的文件描述符值+1；
rdset,wrset,exset分别对应于需要检测的可读文件描述符的集合，可写文件描述符的集合及异常文件描述符的集合；
struct timeval结构用于描述一段时间长度，如果在这个时间内，需要监视的描述符没有事件发生则函数返回，返回值为0。
参数timeout为结构timeval，用来设置select()的等待时间，其结构定义如下：

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

如果参数timeout设为：
NULL：则表示select()没有timeout，select将一直被阻塞，直到某个文件描述符上发生了事件。
0：仅检测描述符集合的状态，然后立即返回，并不等待外部事件的发生。
特定的时间值：如果在指定的时间段里没有事件发生，select将超时返回。

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

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。

select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支持的文件描述符数量太小了，默认是1024,对所监控的文件描述符数量有限制。

服务器端
Select.c

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <sys/socket.h>#include <sys/types.h>#include <netinet/in.h>#include <arpa/inet.h>#include <sys/select.h>#include <unistd.h>#include <fcntl.h>int array_fds[sizeof(fd_set)*8];static void Usage(const char *proc){    printf("Usage:%s[local_ip] [local_port]\n",proc);}int startup(const char* _ip,int _port){    int sock = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);    if(sock < 0)    {        perror("socket");        exit(2);    }    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");        exit(3);    }    if(listen(sock,10)<0)    {        perror("listen");        exit(4);    }    return sock;}int main(int argc,char *argv[]){    if(argc != 3)    {        Usage(argv[0]);        return 0;    }    int listenSock = startup(argv[1],atoi(argv[2]));    int maxfd = 0;    fd_set rfds;    int array_size = sizeof(array_fds)/sizeof(array_fds[0]);    array_fds[0] = listenSock;    int i = 1;    for(;i<array_size;i++)    {        array_fds[i] = -1;    }    while(1)    {        struct timeval _timeout = {1,0};        FD_ZERO(&rfds);        maxfd = -1;        for(i=0;i<array_size;++i)        {            if(array_fds[i] > 0)            {                    FD_SET(array_fds[i],&rfds);                if(array_fds[i] > 0)                {                        FD_SET(array_fds[i],&rfds);                    if(array_fds[i]>maxfd)                        maxfd = array_fds[i];                }            }            switch(select(maxfd+1,&rfds,NULL,NULL,/*&_timeout*/NULL))            {            case 0:                    {                    printf("timeout...\n");                        break;                    }                case -1:                {                        perror("select");                        break;                    }                default:                    {                        int j = 0;                        for(;j<array_size;j++)                        {                            if(array_fds[j] < 0)                                continue;                            if(j == 0&& FD_ISSET(array_fds[j],&rfds))                            {                                struct sockaddr_in client;                                socklen_t len = sizeof(client);                                int new_fd = accept(array_fds[j],(struct sockaddr*)&client,&len);                                if(new_fd < 0)                                {                                    perror("accept");                                    continue;                                }                                else                                {                                    printf("get a new client:(%s:%d)\n",inet_ntoa(client.sin_addr),ntohs(client.sin_port));                                    int k = 1;                                    for(;k<array_size;++k)                                    {                                        if(array_fds[k] < 0)                                        {                                        array_fds[k] = new_fd;                                        break;                                    }                                    }                                if(k == array_size)                                    {                                        printf("fd_set full!\n");                                        close(new_fd);                                    }                                else                                    array_fds[k] = new_fd;                                }                            }                            else if(j != 0 && FD_ISSET(array_fds[j],&rfds))                            {                                char buf[1024];                                size_t s = read(array_fds[j],buf,sizeof(buf)-1);                                if(s > 0)                                {                                    buf[s] = 0;                                    printf("client say:%s\n",buf);                                }                                else if(s == 0)                                {                                    printf("client quit!\n");                                    close(array_fds[j]);                                    array_fds[j] = -1;                                }                                else                                {                                    perror("read");                                    close(array_fds[j]);                                    array_fds[j] = -1;                                }                            }                            else                            {}                        }                    }                    break;            }        }    }    return 0;}

客户端
client.c

#include <stdio.h>#include <string.h>#include <sys/socket.h>#include <arpa/inet.h>#define _PORT_ 8888void usage(){    printf("Usage: ./select_client IP\n");}int select_client(char *ip){    int fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);    if(fd < 0)    {        perror("create socket error!");        return 1;    }    struct sockaddr_in server;    memset(&server,'\0',sizeof(server));    server.sin_family = AF_INET;    server.sin_port = htons(_PORT_);    inet_pton(AF_INET,"127.0.0.1",&server.sin_addr.s_addr);    if(connect(fd,(struct sockaddr*)&server,sizeof(server)) )    {        perror("connect error!");        return 2;    }    char buf[1024];    while(1)    {        memset(buf ,'\0',sizeof(buf));        printf("Please Enter: ");        fflush(stdout);        fgets(buf,sizeof(buf)-1,stdin);        printf("buf is:%s\n",buf);        int ret = read(fd,buf,strlen(buf)+1,0);        if(ret < 0)        {            perror("read msg error\n");        }    }}int main(int argc,char* argv[]){    if(argc == 2)    {        select_client(argv[1]);    }    else     {        usage();    }    return 0;}

运行服务器端
./Select 127.0.0.1 8080
在另一个终端运行客户端
./client 127.0.0.1 8080
服务器端显示：
get a new client:(127.0.0.1:51849)
client say:GET / HTTP/1.1
Host: 127.0.0.1:8080
User-Agent: Mozilla/5.0 (X11; Linux i686; rv:17.0) Gecko/20131029 Firefox/17.0
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,/;q=0.8
Accept-Language: en-US,en;q=0.5
Accept-Encoding: gzip, deflate
Connection: keep-alive