用select实现I/O多路转接

写网络程序服务器代码时，会遇到同时与多个client进行通信的问题，假如这些与client连接的socket都存储在SockArray[max_num]中，为了接受每个client的数据，可能会这么做：

for(int i = 0;i != max_num; ++i) //伪代码{if(SockArray[i]) //array初始化为-1{ int n = recv(SockArray,....); ........}}

这样做会遇到一些问题：

1.recv函数默认是阻塞式的，阻塞是什么意思呢，就是这个函数非要执行完才会返回，例如recv非要等到client有数据才返回，若此时另外的client有数据发给server就悲剧了。

   对此的解决办法有，采用非阻塞式的，recv不必要等到有数据，并接收成功才返回，只是测试一下有没有数据来了，没有直接返回，利用函数的返回值来了解函数真正的运行情况。

 

  由于linux下一切皆文件。所以不管open还是socket的返回值都是文件描述符，都是阻塞的，可以调用fcntl函数使其变成非阻塞的。

 

  fcntl函数改变文件描述符的属性，函数的几种形式：

int fcntl(int fd, int cmd);
int fcntl(int fd, int cmd, long arg);
int fcntl(int fd, int cmd, struct flock *lock);

  cmd的几种形式：

F_GETFD

Read the file descriptor flags.

F_SETFD

Set the file descriptor flags to the value specified by arg.

F_GETFL

Read the file status flags.

F_SETFL

Set the file status flags to the value specified by arg.

 

要设置文件为非阻塞，要先用cmd = F_GETFD 获得其文件属性，然后设置非阻塞属性

可以写一个设置或移除文件的某个属性的函数：

void SetOrRemoveFlag(int fd,bool set,int flag){ int val; val = fcntl(fd,F_GETFL,0); if(val < 0) { perror("fcntl getfl"); exit(1); } if(set) { val |= flag; ] else { val &= ~flag; } if(fcntl(fd,F_SETFL,val) < 0) { perror("fcntl setfl"); exit(1); }}

 

如果要某个socket返回的文件描述符设置为非阻塞，只需要：

SetOrRemoveFlag(fd,true,O_NONBLOCK);

 

采用非阻塞IO机制来实现的代码，与原来的相比，结构和原理上没有改变，只是把所有的IO都设置为非阻塞的。根据I/O函数返回值>0来确定有数据进行I/O。

 

2.这时候的代码采用非阻塞式依然有一个问题，那就是for循环不停的在跑，来检查是否有socket可以进行I/O，浪费了大量的CPU时间。

 

3.如何解决呢？其实可以采用阻塞加轮询的方式，某个函数去检查是否有socket可以I/O，如果没有它就阻塞，过一定时间返回，如果有socket可以I/O，就进行I/O。

 

这就是select函数的功能：

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

 

各个参数含义：

fd_set，是一个文件描述符的集合。

如此，readfds则是一个读文件描述符集合，也就这个集合中的文件想检查其是否可以进行读操作。

同理，writefds中的文件，都想关注其是否可以进行写操作。

exceptfds,关心一个描述符的异常情况。

 

struct timeval的定义：

struct timeval {
    long    tv_sec;         /* seconds */
    long    tv_usec;        /* microseconds */
};
 *如果timeout = NULL，则这个函数变成阻塞式的，即永远等待

 *如果timeout = 0，则这个函数变成非阻塞式的，即完全不等

 *如果非以上两种情况，select函数在检查各个集合中的描述符若都没有准备好，则等待timeout的时间后，返回。

 

从select返回时，内核告诉我们：

1）已准备好的描述符数量

2）哪一个描述符已准备好读、写或异常条件

然后就可以进行相应的I/O操作。

 

select函数返回值：

*-1，函数出错

*0，等待超时

*n，已准备好的描述符数量

 

seletct函数第一个参数含义：

所有描述符集合中描述符最大值+1,内核要遍历检索这些描述符是否准备好相应操作。

 

关于结构体fd_set：

每个描述符对应于数据结构fd_set所占用内存空间的一个位，如果第i位为0则表示值为i的描述符不包含在该集中，反之亦然。

 

为了方便用户使用，系统提供了如下的四个宏进行操作。

FD_ZERO(fd_set *fdset); //清空fdset中的所有位

FD_SET(int fd, fd_set *fdset); //在fdset中打开fd所对应的位

FD_CLR(int fd, fd_set *fdset); //在fdset中关闭fd所对应的位

FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset); //测试fd是否在fdset中

 

所以一般的操作如下：

fd_set rset;

int fd;

FD_ZERO(&rset);     //必须使用FD_ZERO清除其所有位

FD_SET(fd, &rset);  //然后设置我们所关心的位

if( FD_ISSET(fd, &rset))    //从select返回时，用FD_ISSET测试该集中的一个给定位是否仍旧设置

{

...

}

 

select函数的这三个参中的任一个（或全部）可以是空指针，这表示对相应的条件不关心。

值得一提的是：如果这三个指针全部为空，则select函数提供了比sleep更精确的计时器（sleep等待整数秒，而select函数可以等待少于1秒的时间，具体时间粒度取决于系统时钟），还有一个函数pselect更NB，可以提供ns的精度。

 

注意：

每次select函数超时返回后都要重新设置timeout的值，因为内核会把这个时间减少来计算何时函数返回。不然，一次超时返回后，timeout = 0。

 

通过select函数实现I/O多路转接：

struct timeval tv;tv.tv_sec = 1;tv.tv_usec = 0;while(1){ int n = select(maxfdp1, &sock_st, NULL, NULL, &tv) if(n >0) { if(FD_ISSET(serverfd, &sock_st)) { for(int i = 0; i != max_num; ++i) { if(FD_ISSET(SockArray[i], &sock_st)) { ........... } } } tv.tv_sec = 1; tv.tv_usec = 0;}

 

采用select函数查询描述符集合中是否有描述符准备好相应操作，如果有则返回，进行操作；都没准备好则阻塞等待timeout时间，然后返回，避免了一直循环浪费CPU时间。