linux socket学习(二)

来源：互联网发布：国内数据脱敏技术编辑：程序博客网时间：2024/05/29 16:17

原文转自

http://www.cnblogs.com/lzjsky/archive/2013/03/18/2965983.html

四.使用select

select这个系统调用，是一种多路复用IO方案，可以同时对多个文件描述符进行监控，从而知道哪些文件描述符可读，可写或者出错，不过select方法是阻塞的，可以设定超时时间。 select使用的步骤如下:

1.创建一个fd_set变量（fd_set实为包含了一个整数数组的结构体），用来存放所有的待检查的文件描述符
2.清空fd_set变量，并将需要检查的所有文件描述符加入fd_set
3.调用select。若返回-1，则说明出错;返回0,则说明超时，返回正数，则为发生状态变化的文件描述符的个数
4.若select返回大于0,则依次查看哪些文件描述符变的可读，并对它们进行处理
5.返回步骤2，开始新一轮的检测

若上面的聊天程序使用select进行改写，则是下面这样的

服务器端

   #include <stdio.h>    #include <stdlib.h>    #include <netinet/in.h>    #include <sys/socket.h>    #include <arpa/inet.h>    #include <string.h>    #include <unistd.h>    #define BACKLOG 5 //完成三次握手但没有accept的队列的长度    #define CONCURRENT_MAX 8 //应用层同时可以处理的连接    #define SERVER_PORT 11332    #define BUFFER_SIZE 1024    #define QUIT_CMD ".quit"    int client_fds[CONCURRENT_MAX];    int main (int argc, const char * argv[])    {        char input_msg[BUFFER_SIZE];        char recv_msg[BUFFER_SIZE];           //本地地址        struct sockaddr_in server_addr;        server_addr.sin_len = sizeof(struct sockaddr_in);        server_addr.sin_family = AF_INET;        server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);        server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");        bzero(&(server_addr.sin_zero),8);        //创建socket        int server_sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);        if (server_sock_fd == -1) {            perror("socket error");            return 1;        }        //绑定socket        int bind_result = bind(server_sock_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));        if (bind_result == -1) {            perror("bind error");            return 1;        }        //listen        if (listen(server_sock_fd, BACKLOG) == -1) {            perror("listen error");            return 1;        }        //fd_set        fd_set server_fd_set;        int max_fd = -1;        struct timeval tv;        tv.tv_sec = 20;        tv.tv_usec = 0;        while (1) {            FD_ZERO(&server_fd_set);            //标准输入            FD_SET(STDIN_FILENO, &server_fd_set);            if (max_fd < STDIN_FILENO) {                max_fd = STDIN_FILENO;            }            //服务器端socket            FD_SET(server_sock_fd, &server_fd_set);            if (max_fd < server_sock_fd) {                max_fd = server_sock_fd;            }            //客户端连接            for (int i = 0; i < CONCURRENT_MAX; i++) {                if (client_fds[i]!=0) {                    FD_SET(client_fds[i], &server_fd_set);                    if (max_fd < client_fds[i]) {                        max_fd = client_fds[i];                    }                }            }            int ret = select(max_fd+1, &server_fd_set, NULL, NULL, &tv);            if (ret < 0) {                perror("select 出错\n");                continue;            }else if(ret == 0){                printf("select 超时\n");                continue;            }else{                //ret为未状态发生变化的文件描述符的个数                if (FD_ISSET(STDIN_FILENO, &server_fd_set)) {                    //标准输入                    bzero(input_msg, BUFFER_SIZE);                    fgets(input_msg, BUFFER_SIZE, stdin);                    //输入 ".quit" 则退出服务器                    if (strcmp(input_msg, QUIT_CMD) == 0) {                        exit(0);                    }                    for (int i=0; i<CONCURRENT_MAX; i++) {                        if (client_fds[i]!=0) {                            send(client_fds[i], input_msg, BUFFER_SIZE, 0);                        }                    }                }                if (FD_ISSET(server_sock_fd, &server_fd_set)) {                    //有新的连接请求                    struct sockaddr_in client_address;                    socklen_t address_len;                    int client_socket_fd = accept(server_sock_fd, (struct sockaddr *)&client_address, &address_len);                    if (client_socket_fd > 0) {                        int index = -1;                        for (int i = 0; i < CONCURRENT_MAX; i++) {                            if (client_fds[i] == 0) {                                index = i;                                client_fds[i] = client_socket_fd;                                break;                            }                        }                        if (index >= 0) {                            printf("新客户端(%d)加入成功 %s:%d \n",index,inet_ntoa(client_address.sin_addr),ntohs(client_address.sin_port));                        }else{                            bzero(input_msg, BUFFER_SIZE);                            strcpy(input_msg, "服务器加入的客户端数达到最大值,无法加入!\n");                            send(client_socket_fd, input_msg, BUFFER_SIZE, 0);                            printf("客户端连接数达到最大值，新客户端加入失败 %s:%d \n",inet_ntoa(client_address.sin_addr),ntohs(client_address.sin_port));                        }                    }                }                for (int i = 0; i <CONCURRENT_MAX; i++) {                    if (client_fds[i]!=0) {                        if (FD_ISSET(client_fds[i], &server_fd_set)) {                            //处理某个客户端过来的消息                            bzero(recv_msg, BUFFER_SIZE);                            long byte_num = recv(client_fds[i],recv_msg,BUFFER_SIZE,0);                            if (byte_num > 0) {                                if (byte_num > BUFFER_SIZE) {                                    byte_num = BUFFER_SIZE;                                }                                recv_msg[byte_num] = '\0';                                printf("客户端(%d):%s\n",i,recv_msg);                            }else if(byte_num < 0){                                printf("从客户端(%d)接受消息出错.\n",i);                            }else{                                FD_CLR(client_fds[i], &server_fd_set);                                client_fds[i] = 0;                                printf("客户端(%d)退出了\n",i);                            }                        }                    }                }            }        }        return 0;    }

客户端

    #include <stdio.h>    #include <netinet/in.h>    #include <sys/socket.h>    #include <arpa/inet.h>    #include <string.h>    #include <unistd.h>    #include <stdlib.h>    #define BUFFER_SIZE 1024    int main (int argc, const char * argv[])    {        struct sockaddr_in server_addr;        server_addr.sin_len = sizeof(struct sockaddr_in);        server_addr.sin_family = AF_INET;        server_addr.sin_port = htons(11332);        server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");        bzero(&(server_addr.sin_zero),8);        int server_sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);        if (server_sock_fd == -1) {            perror("socket error");            return 1;        }        char recv_msg[BUFFER_SIZE];        char input_msg[BUFFER_SIZE];        if (connect(server_sock_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(struct sockaddr_in))==0) {            fd_set client_fd_set;            struct timeval tv;            tv.tv_sec = 20;            tv.tv_usec = 0;            while (1) {                FD_ZERO(&client_fd_set);                FD_SET(STDIN_FILENO, &client_fd_set);                FD_SET(server_sock_fd, &client_fd_set);                int ret = select(server_sock_fd + 1, &client_fd_set, NULL, NULL, &tv);                if (ret < 0 ) {                    printf("select 出错!\n");                    continue;                }else if(ret ==0){                    printf("select 超时!\n");                    continue;                }else{                    if (FD_ISSET(STDIN_FILENO, &client_fd_set)) {                        bzero(input_msg, BUFFER_SIZE);                        fgets(input_msg, BUFFER_SIZE, stdin);                        if (send(server_sock_fd, input_msg, BUFFER_SIZE, 0) == -1) {                            perror("发送消息出错!\n");                        }                    }                    if (FD_ISSET(server_sock_fd, &client_fd_set)) {                        bzero(recv_msg, BUFFER_SIZE);                        long byte_num = recv(server_sock_fd,recv_msg,BUFFER_SIZE,0);                        if (byte_num > 0) {                            if (byte_num > BUFFER_SIZE) {                                byte_num = BUFFER_SIZE;                            }                            recv_msg[byte_num] = '\0';                            printf("服务器:%s\n",recv_msg);                        }else if(byte_num < 0){                            printf("接受消息出错!\n");                        }else{                            printf("服务器端退出!\n");                            exit(0);                        }                    }                }            }        }        return 0;    }

当然select也有其局限性。当fd_set中的文件描述符较少，或者大都数文件描述符都比较活跃的时候，select的效率还是不错的。Mac系统中已经定义了fd_set 最大可以容纳的文件描述符的个数为1024

//sys/_structs.h#define __DARWIN_FD_SETSIZE 1024///////////////////////////////////////////////Kernel.framework sys/select.h#define FD_SETSIZE  __DARWIN_FD_SETSIZE

每一次select 调用的时候，都涉及到user space和kernel space的内存拷贝，且会对fd_set中的所有文件描述符进行遍历，如果所有的文件描述符均不满足，且没有超时，则当前进程便开始睡眠，直到超时或者有文件描述符状态发生变化。当文件描述符数量较大的时候，将耗费大量的CPU时间。所以后来有新的方案出现了，如windows2000引入的IOCP，Linux Kernel 2.6中成熟的epoll，FreeBSD4.x引入的kqueue。

五.使用kqueue

Mac是基于BSD的内核，所使用的是kqueue（kernel event notification mechanism，详细内容可以Mac中 man 2 kqueue），kqueue比select先进的地方就在于使用事件触发的机制，且其调用无需每次对所有的文件描述符进行遍历，返回的时候只返回需要处理的事件，而不像select中需要自己去一个个通过FD_ISSET检查。
kqueue默认的触发方式是level 水平触发，可以通过设置event的flag为EV_CLEAR 使得这个事件变为边沿触发,可能epoll的触发方式无法细化到单个event，需要查证。

kqueue中涉及两个系统调用，kqueue()和kevent()

kqueue() 创建kernel级别的事件队列，并返回队列的文件描述符
kevent() 往事件队列中加入订阅事件，或者返回相关的事件数组

kqueue使用的流程一般如下：

创建kqueue
创建struct kevent变量（注意这里的kevent是结构体类型名），可以通过EV_SET这个宏提供的快捷方式进行创建
通过kevent系统调用将创建好的kevent结构体变量加入到kqueue队列中，完成对指定文件描述符的事件的订阅
通过kevent系统调用获取满足条件的事件队列，并对每一个事件进行处理

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <netinet/in.h>#include <sys/socket.h>#include <sys/event.h>#include <sys/types.h>#include <sys/time.h>#include <arpa/inet.h>#include <string.h>#include <unistd.h>#define BACKLOG 5 //完成三次握手但没有accept的队列的长度#define CONCURRENT_MAX 8 //应用层同时可以处理的连接#define SERVER_PORT 11332#define BUFFER_SIZE 1024#define QUIT_CMD ".quit"int client_fds[CONCURRENT_MAX];struct kevent events[10];//CONCURRENT_MAX + 2int main (int argc, const char * argv[]){    char input_msg[BUFFER_SIZE];    char recv_msg[BUFFER_SIZE];    //本地地址    struct sockaddr_in server_addr;    server_addr.sin_len = sizeof(struct sockaddr_in);    server_addr.sin_family = AF_INET;    server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);    server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");    bzero(&(server_addr.sin_zero),8);    //创建socket    int server_sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);    if (server_sock_fd == -1) {        perror("socket error");        return 1;    }    //绑定socket    int bind_result = bind(server_sock_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));    if (bind_result == -1) {        perror("bind error");        return 1;    }    //listen    if (listen(server_sock_fd, BACKLOG) == -1) {        perror("listen error");        return 1;    }    struct timespec timeout = {10,0};    //kqueue    int kq = kqueue();    if (kq == -1) {        perror("创建kqueue出错!\n");        exit(1);    }    struct kevent event_change;    EV_SET(&event_change, STDIN_FILENO, EVFILT_READ, EV_ADD, 0, 0, NULL);    kevent(kq, &event_change, 1, NULL, 0, NULL);    EV_SET(&event_change, server_sock_fd, EVFILT_READ, EV_ADD, 0, 0, NULL);    kevent(kq, &event_change, 1, NULL, 0, NULL);    while (1) {        int ret = kevent(kq, NULL, 0, events, 10, &timeout);        if (ret < 0) {            printf("kevent 出错!\n");            continue;        }else if(ret == 0){            printf("kenvent 超时!\n");            continue;        }else{            //ret > 0 返回事件放在events中            for (int i = 0; i < ret; i++) {                struct kevent current_event = events[i];                //kevent中的ident就是文件描述符                if (current_event.ident == STDIN_FILENO) {                    //标准输入                    bzero(input_msg, BUFFER_SIZE);                    fgets(input_msg, BUFFER_SIZE, stdin);                    //输入 ".quit" 则退出服务器                    if (strcmp(input_msg, QUIT_CMD) == 0) {                        exit(0);                    }                    for (int i=0; i<CONCURRENT_MAX; i++) {                        if (client_fds[i]!=0) {                            send(client_fds[i], input_msg, BUFFER_SIZE, 0);                        }                    }                }else if(current_event.ident == server_sock_fd){                    //有新的连接请求                    struct sockaddr_in client_address;                    socklen_t address_len;                    int client_socket_fd = accept(server_sock_fd, (struct sockaddr *)&client_address, &address_len);                    if (client_socket_fd > 0) {                        int index = -1;                        for (int i = 0; i < CONCURRENT_MAX; i++) {                            if (client_fds[i] == 0) {                                index = i;                                client_fds[i] = client_socket_fd;                                break;                            }                        }                        if (index >= 0) {                            EV_SET(&event_change, client_socket_fd, EVFILT_READ, EV_ADD, 0, 0, NULL);                            kevent(kq, &event_change, 1, NULL, 0, NULL);                            printf("新客户端(fd = %d)加入成功 %s:%d \n",client_socket_fd,inet_ntoa(client_address.sin_addr),ntohs(client_address.sin_port));                        }else{                            bzero(input_msg, BUFFER_SIZE);                            strcpy(input_msg, "服务器加入的客户端数达到最大值,无法加入!\n");                            send(client_socket_fd, input_msg, BUFFER_SIZE, 0);                            printf("客户端连接数达到最大值，新客户端加入失败 %s:%d \n",inet_ntoa(client_address.sin_addr),ntohs(client_address.sin_port));                        }                    }                }else{                    //处理某个客户端过来的消息                    bzero(recv_msg, BUFFER_SIZE);                    long byte_num = recv((int)current_event.ident,recv_msg,BUFFER_SIZE,0);                    if (byte_num > 0) {                        if (byte_num > BUFFER_SIZE) {                            byte_num = BUFFER_SIZE;                        }                        recv_msg[byte_num] = '\0';                        printf("客户端(fd = %d):%s\n",(int)current_event.ident,recv_msg);                    }else if(byte_num < 0){                        printf("从客户端(fd = %d)接受消息出错.\n",(int)current_event.ident);                    }else{                        EV_SET(&event_change, current_event.ident, EVFILT_READ, EV_DELETE, 0, 0, NULL);                        kevent(kq, &event_change, 1, NULL, 0, NULL);                        close((int)current_event.ident);                        for (int i = 0; i < CONCURRENT_MAX; i++) {                            if (client_fds[i] == (int)current_event.ident) {                                client_fds[i] = 0;                                break;                            }                        }                        printf("客户端(fd = %d)退出了\n",(int)current_event.ident);                    }                }            }        }    }    return 0;}

其实kqueue的应用场景非常的广阔，可以监控文件系统中文件的变化（对文件变化的事件可以粒度非常的细，具体可以查看kqueue的手册），监控系统进程的生命周期。GCD的事件处理便是建立在kqueue之上的。

1 0