Select()系统调用及文件描述符集fd_set的应用

Select()系统调用及文件描述符集fd_set的应用

在网络程序中，一个进程同时处理多个文件描述符是很常见的情况。select()系统调用可以使进程检测同时等待的多个I/O设备，当没有设备准备好时，select()阻塞，其中任一设备准备好时，select()就返回。 select()的调用形式为： #include <sys/select.h> #include <sys/time.h> int select(int maxfd, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fe_set *exceptfds, const struct timeval *timeout); select的第一个参数是文件描述符集中要被检测的比特数，这个值必须至少比待检测的最大文件描述符大1；参数readfds指定了被读监控的文件描述 符集；参数writefds指定了被写监控的文件描述符集；而参数exceptfds指定了被例外条件监控的文件描述符集。 参数timeout起了定时器的作用：到了指定的时间，无论是否有设备准备好，都返回调用。timeval的结构定义如下： struct timeval{ long tv_sec; //表示几秒 long tv_usec; //表示几微妙 } timeout取不同的值，该调用就表现不同的性质： 1．timeout为0，调用立即返回； 2．timeout为NULL，select()调用就阻塞，直到知道有文件描述符就绪； 3．timeout为正整数，就是一般的定时器。 select调用返回时，除了那些已经就绪的描述符外，select将清除readfds、writefds和exceptfds中的所有没有就绪的描述符。select的返回值有如下情况： 1．正常情况下返回就绪的文件描述符个数； 2．经过了timeout时长后仍无设备准备好，返回值为0； 3．如果select被某个信号中断，它将返回-1并设置errno为EINTR。 4．如果出错，返回-1并设置相应的errno。 系统提供了4个宏对描述符集进行操作： #include <sys/select.h> #include <sys/time.h> void FD_SET(int fd, fd_set *fdset); void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset); void FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset); void FD_ZERO(fd_set *fdset); 宏FD_SET设置文件描述符集fdset中对应于文件描述符fd的位(设置为1)，宏FD_CLR清除文件描述符集fdset中对应于文件描述符fd的 位（设置为0），宏FD_ZERO清除文件描述符集fdset中的所有位(既把所有位都设置为0)。使用这3个宏在调用select前设置描述符屏蔽位， 在调用select后使用FD_ISSET来检测文件描述符集fdset中对应于文件描述符fd的位是否被设置。 过去，描述符集被作为一个整数位屏蔽码得到实现，但是这种实现对于多于32个的文件描述符将无法工作。描述符集现在通常用整数数组中的位域表示，数组元素 的每一位对应一个文件描述符。例如，一个整数占32位，那么整数数组的第一个元素代表文件描述符0到31，数组的第二个元素代表文件描述符32到63，以 此类推。宏FD_SET设置整数数组中对应于fd文件描述符的位为1，宏FD_CLR设置整数数组中对应于fd文件描述符的位为0，宏FD_ZERO设置 整数数组中的所有位都为0。假设执行如下程序后： #include <sys/select.h> #include <sys/time.h> fd_set readset; FD_ZERO(&readset); FD_SET(5, &readset); FD_SET(33, &readset); 则文件描述符集readset中对应于文件描述符6和33的相应位被置为1，如图1所示： 再执行如下程序后： FD_CLR(5, &readset); 则文件描述符集readset对应于文件描述符6的相应位被置为0，如图2所示： 通常，操作系统通过宏FD_SETSIZE来声明在一个进程中select所能操作的文件描述符的最大数目。例如： 在4.4BSD的头文件中我们可以看到： ＃ifndef FD_SETSIZE #define FD_SETSIZE 1024 #endif 在红帽Linux的头文件<bits/types.h>中我们可以看到： ＃define __FD_SETSIZE 1024 以及在头文件<sys/select.h>中我们可以看到： #include <bits/types.h> #define FD_SETSIZE __FD_SETSIZE 既定义FD_SETSIZE为1024，一个整数占4个字节，既32位，那么就是用包含32个元素的整数数组来表示文件描述符集。我们可以在头文件中修改 这个值来改变select使用的文件描述符集的大小，但是必须重新编译内核才能使修改后的值有效。当前版本的unix操作系统没有限制 FD_SETSIZE的最大值，通常只受内存以及系统管理上的限制。 我们明白了文件描述符集的实现机制之后，就可对其进行灵活运用。（以下程序在红帽Linux 6.0下运行通过，函数fd_isempty用于判断文件描述符集是否为空；函数fd_fetch取出文件描述符集中的所有文件描述符） #include <stdio.h> #include <string.h> #include <sys/time.h> #include <sys/select.h> struct my_fd_set{ fd_set fs; //定义文件描述符集fs unsigned int nconnect; //文件描述符集fs中文件描述符的个数 unsigned int nmaxfd; //文件描述符集fs中最大的文件描述符 }; /* 函数fd_isempty用于判断文件描述符集是否为空，为空返回1，不为空则返回0 */ int fd_isempty(struct my_fd_set *pfs) { int i; /* 文件描述符集fd_set是通过整数数组来实现的，所以定义整数数组myset的元素个数为文件描述符集fd_set所占内存空间的字节数除以整数所占内存空间的字节数。 */ unsigned int myset[sizeof(fd_set) / sizeof(int)]; /* 把文件描述符集pfs->fs 拷贝到数组myset */ memcpy(myset, &pfs->fs, sizeof(fd_set)); for(i = 0; i < sizeof(fd_set) / sizeof(int); i++) /* 如果myset的某个元素不为0，说明文件描述符集不为空，则函数返回0 */ if (myset[i]) return 0; return 1; /* 如果myset的所有元素都为0，说明文件描述符集为空，则函数返回1 */ } /* 函数fd_fetch对文件描述符集进行位操作，把为1的位换算成相应的文件描述符，然后就可对其进行I/O操作 */ void fd_fetch(struct my_fd_set *pfs) { struct my_fd_set *tempset; //定义一个临时的结构指针 unsigned int myset[sizeof(fd_set)/sizeof(unsigned int)]; unsigned int i, nbit, nfind, ntemp; tempset = pfs; memcpy(myset, &tempset->fs, sizeof(fd_set)); /* 把最大的文件描述符maxfd除以整数所占的位数，得出maxfd在文件描述符集中相应的位对应于整数数组myset的相应元素的下标，目的是为了减少检索的次数 */ nfind = tempset->nmaxfd / (sizeof(int)*8); for (i = 0; i <= nfind; i++) { /* 如果数组myset的某个元素为0，说明这个元素所对应的文件描述符集的32位全为0，则继续判断下一元素。*/ if (myset[i] == 0) continue; /* 如果数组myset的某个元素不为0，说明这个元素所对应的文件描述符集的32位中有为1的，把myset[i]赋值给临时变量ntemp，对ntemp进行位运算，把为1的位换算成相应的文件描述符 */ ntemp = myset[i]; /* nbit记录整数的二进制位数，对ntemp从低到高位进行&1运算，直到整数的最高位,或直到文件描述符集中文件描述符的个数等于0 */ for (nbit = 0; tempset->nconnect && (nbit < sizeof(int)*8); nbit++) { if (ntemp & 1) { /* 如果某位为1，则可得到对应的文件描述符为nbit + 32*I，然后我们可对其进行I/O操作。这里我只是做了简单的显示。*/ printf("i = %d, nbit = %d, The file description is %d/n", i, nbit, nbit + 32*i); /* 取出一个文件描述符后，将文件描述符集中文件描述符的个数减1 */ tempset->nconnect--; } ntemp >>= 1; // ntemp右移一位 } } } /* 下面的主程序是对以上两个函数的测试 */ main() { /* 假设fd1，fd2，fd3为3个文件描述符，实际运用中可为Socket描述符等 */ int fd1 = 7, fd2 = 256, fd3 = 1023, isempty; struct my_fd_set connect_set; connect_set.nconnect = 0; connect_set.nmaxfd = 0; FD_ZERO(&connect_set.fs); /* FD_SET操作前对函数fd_isempty进行测试 */ isempty = fd_isempty(&connect_set); printf("isempty = %d/n", isempty); FD_SET(fd1, &connect_set.fs); FD_SET(fd2, &connect_set.fs); FD_SET(fd3, &connect_set.fs); connect_set.nconnect = 3; connect_set.nmaxfd = fd3 ; /* FD_SET操作后，既把文件描述符加入到文件描述符集之后，对函数fd_isempty进行测试 */ isempty = fd_isempty(&connect_set); printf("isempty = %d/n", isempty); /* 对函数fd_ fetch进行测试 */ fd_fetch(&connect_set); } /* 程序输出结果为 ：*/ isempty is 1 isempty is 0 i = 0, nbit = 7, The file description is 7 i = 8, nbit = 0, The file description is 256 i = 31, nbit = 31, The file description is 1023