I/O多路复用之select总结

来源：互联网发布：宝宝起名取名软件编辑：程序博客网时间：2024/05/18 20:09

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。

（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。

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。

服务端程序如下所示：

  1 #include <stdio.h>  2 #include <stdlib.h>  3 #include <string.h>  4 #include <errno.h>  5   6 #include <netinet/in.h>  7 #include <sys/socket.h>  8 #include <sys/select.h>  9 #include <unistd.h> 10 #include <sys/types.h> 11  12 #define IPADDRESS   "127.0.0.1" 13 #define PORT        8787 14 #define MAXLINE     1024 15 #define LISTENQ     5 16  17 //函数声明 18 //创建套接字并进行绑定 19 static int socket_bind(const char* ip,int port); 20 //IO多路复用select 21 static void do_select(int listenfd); 22 //处理多个连接 23 static void handle_connection(int *connfds,int num,fd_set *prset,fd_set *pallset); 24  25 int main(int argc,char *argv[]) 26 { 27     int  listenfd,connfd,sockfd; 28     struct sockaddr_in cliaddr; 29     socklen_t cliaddrlen; 30     listenfd = socket_bind(IPADDRESS,PORT); 31     listen(listenfd,LISTENQ); 32     do_select(listenfd); 33     return 0; 34 } 35  36 static int socket_bind(const char* ip,int port) 37 { 38     int  listenfd; 39     struct sockaddr_in servaddr; 40     listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); 41     if (listenfd == -1) 42     { 43         perror("socket error:"); 44         exit(1); 45     } 46     bzero(&servaddr,sizeof(servaddr)); 47     servaddr.sin_family = AF_INET; 48     inet_pton(AF_INET,ip,&servaddr.sin_addr); 49     servaddr.sin_port = htons(port); 50     if (bind(listenfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) == -1) 51     { 52         perror("bind error: "); 53         exit(1); 54     } 55     return listenfd; 56 } 57  58 static void do_select(int listenfd) 59 { 60     int  connfd,sockfd; 61     struct sockaddr_in cliaddr; 62     socklen_t cliaddrlen; 63     fd_set  rset,allset; 64     int maxfd,maxi; 65     int i; 66     int clientfds[FD_SETSIZE];  //保存客户连接描述符 67     int nready; 68     //初始化客户连接描述符 69     for (i = 0;i < FD_SETSIZE;i++) 70         clientfds[i] = -1; 71     maxi = -1; 72     FD_ZERO(&allset); 73     //添加监听描述符 74     FD_SET(listenfd,&allset); 75     maxfd = listenfd; 76     //循环处理 77     for ( ; ; ) 78     { 79         rset = allset; 80         //获取可用描述符的个数 81         nready = select(maxfd+1,&rset,NULL,NULL,NULL); 82         if (nready == -1) 83         { 84             perror("select error:"); 85             exit(1); 86         } 87         //测试监听描述符是否准备好 88         if (FD_ISSET(listenfd,&rset)) 89         { 90             cliaddrlen = sizeof(cliaddr); 91             //接受新的连接 92             if ((connfd = accept(listenfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&cliaddrlen)) == -1) 93             { 94                 if (errno == EINTR) 95                     continue; 96                 else 97                 { 98                    perror("accept error:"); 99                    exit(1);100                 }101             }102             fprintf(stdout,"accept a new client: %s:%d\n", inet_ntoa(cliaddr.sin_addr),cliaddr.sin_port);103             //将新的连接描述符添加到数组中104             for (i = 0;i <FD_SETSIZE;i++)105             {106                 if (clientfds[i] < 0)107                 {108                     clientfds[i] = connfd;109                     break;110                 }111             }112             if (i == FD_SETSIZE)113             {114                 fprintf(stderr,"too many clients.\n");115                 exit(1);116             }117             //将新的描述符添加到读描述符集合中118             FD_SET(connfd,&allset);119             //描述符个数120             maxfd = (connfd > maxfd ? connfd : maxfd);121             //记录客户连接套接字的个数122             maxi = (i > maxi ? i : maxi);123             if (--nready <= 0)124                 continue;125         }126         //处理客户连接127         handle_connection(clientfds,maxi,&rset,&allset);128     }129 }130 131 static void handle_connection(int *connfds,int num,fd_set *prset,fd_set *pallset)132 {133     int i,n;134     char buf[MAXLINE];135     memset(buf,0,MAXLINE);136     for (i = 0;i <= num;i++)137     {138         if (connfds[i] < 0)139             continue;140         //测试客户描述符是否准备好141         if (FD_ISSET(connfds[i],prset))142         {143             //接收客户端发送的信息144             n = read(connfds[i],buf,MAXLINE);145             if (n == 0)146             {147                 close(connfds[i]);148                 FD_CLR(connfds[i],pallset);149                 connfds[i] = -1;150                 continue;151             }152             printf("read msg is: ");153             write(STDOUT_FILENO,buf,n);154             //向客户端发送buf155             write(connfds[i],buf,n);156         }157     }158 }

客户端程序如下：

 1 #include <netinet/in.h> 2 #include <sys/socket.h> 3 #include <stdio.h> 4 #include <string.h> 5 #include <stdlib.h> 6 #include <sys/select.h> 7 #include <time.h> 8 #include <unistd.h> 9 #include <sys/types.h>10 11 #define MAXLINE     102412 #define IPADDRESS   "127.0.0.1"13 #define SERV_PORT   878714 15 #define max(a,b) (a > b) ? a : b16 17 static void handle_connection(int sockfd);18 19 int main(int argc,char *argv[])20 {21     int                 sockfd;22     struct sockaddr_in  servaddr;23     sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);24     bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));25     servaddr.sin_family = AF_INET;26     servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);27     inet_pton(AF_INET,IPADDRESS,&servaddr.sin_addr);28     connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));29     //处理连接描述符30     handle_connection(sockfd);31     return 0;32 }33 34 static void handle_connection(int sockfd)35 {36     char    sendline[MAXLINE],recvline[MAXLINE];37     int     maxfdp,stdineof;38     fd_set  rset;39     int n;40     FD_ZERO(&rset);41     for (; ;)42     {43         //添加标准输入描述符44         FD_SET(STDIN_FILENO,&rset);45         //添加连接描述符46         FD_SET(sockfd,&rset);47         maxfdp = max(STDIN_FILENO,sockfd);48         //进行轮询49         select(maxfdp+1,&rset,NULL,NULL,NULL);50         //测试连接套接字是否准备好51         if (FD_ISSET(sockfd,&rset))52         {53             n = read(sockfd,recvline,MAXLINE);54             if (n == 0)55             {56                     fprintf(stderr,"client: server is closed.\n");57                     close(sockfd);58                     FD_CLR(sockfd,&rset);59             }60             write(STDOUT_FILENO,recvline,n);61         }62         //测试标准输入是否准备好63         if (FD_ISSET(STDIN_FILENO,&rset))64         {65             n = read(STDIN_FILENO,sendline,MAXLINE);66             if (n  == 0)67             {68                 FD_CLR(STDIN_FILENO,&rset);69                 continue;70             }71             write(sockfd,sendline,n);72         }73     }74 }

4、程序结果

　　启动服务程序，执行两个客户程序进行测试，结果如下图所示：

1 0