I/O多路复用技术之 - select
来源：互联网 发布：男同志交友软件下载 编辑：程序博客网 时间：2024/06/04 19:46
当我们想要多次对描述符进行read 时，多路转接技术能够满足该要求。I/O 多路转接技术首先构造一张有关描述符的列表，然后调用一个函数，直到这些描述符中的一个已准备好进行 I/O 时，该函数才返回，返回时，告诉进程哪些描述符已经准备好可以进行 I/O 操作。
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I/O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，它的值是待测试的三个描述符集中的最大描述编号值加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); //测试描述符fd是否在描述符集中设置；若fd在描述符集中则返回非0值，否则返回0
（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） tvptr == NULL;
永远等待下去。若捕获到信号则中断此无限期等待；当所指定的描述符中的一个已准备好或捕获到信号则返回； 若捕获到信号，则select返回-1，errno设置为EINTR；
（2） tvptr->tv_sec == 0 && tvptr->tv_usec == 0;
完全不等待；测试所有描述符并立即返回，这是得到多个描述符的状态而不阻塞select函数的轮回方法；
（3） tvptr->sec != 0 || tvptr->usec != 0;
等待指定的秒数和微妙数；当指定的描述符已准备好，或超过指定的时间立即返回； 若超过指定的时间还没有描述符准备好，则返回0（超时）；
声明了一个描述符集后，必须使用 FD_ZERO 清空其所有位达到初始化，然后才可以设置各个位；从 select 返回时，使用 FD_ISSET 测试该集中的一个给定位是否仍旧设置；
select 函数有三个可能的返回值：
（1）返回值-1表示出错。这种情况下，将不修改其中任何描述符集。
（2）返回值0表示没有描述符准备好。若指定的描述符都没有准备好，而且指定的时间已经超过，则发生这种情况。此时描述符集都被清0.
（3）正返回值表示已经准备好的描述符数，该值是三个描述符集中已准备好的描述符之和。三个描述符集中仍旧打开的位对应于已“准备好”的描述符。
对于“准备好”的意思要做一些更具体的说明：
若对读集 readfds 中的一个描述符的 read 操作将不会阻塞，则此描述符是准备好的。
若对写集 writefds 中的一个描述符的 write 操作将不会阻塞，则此描述符是准备好的。
若异常状态集 exceptfds 中的一个描述符有一个未决异常状态，则此描述符时准备好的。
对于读、写和异常状态，普通文件描述符总是返回准备好的。
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：
#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <errno.h> #include <netinet/in.h>#include <sys/socket.h>#include <sys/select.h>#include <unistd.h>#include <sys/types.h> #define IPADDRESS "127.0.0.1"#define PORT 8787#define MAXLINE 1024#define LISTENQ 5 //函数声明//创建套接字并进行绑定static int socket_bind(const char* ip,int port); //IO多路复用selectstatic void do_select(int listenfd);//处理多个连接static void handle_connection(int*connfds,int num,fd_set *prset,fd_set *pallset); int main(int argc,char *argv[]){ int listenfd,connfd,sockfd; struct sockaddr_in cliaddr; socklen_t cliaddrlen; listenfd = socket_bind(IPADDRESS,PORT); listen(listenfd,LISTENQ); do_select(listenfd); return 0;} static int socket_bind(const char* ip,int port){ int listenfd; struct sockaddr_in servaddr; listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); if (listenfd == -1) { perror("socketerror:"); exit(1); } bzero(&servaddr,sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family = AF_INET; inet_pton(AF_INET,ip,&servaddr.sin_addr); servaddr.sin_port = htons(port); if (bind(listenfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) ==-1) { perror("bind error: "); exit(1); } return listenfd;} static void do_select(int listenfd){ int connfd,sockfd; struct sockaddr_in cliaddr; socklen_t cliaddrlen; fd_set rset,allset; int maxfd,maxi; int i; int clientfds[FD_SETSIZE]; //保存客户连接描述符 int nready; //初始化客户连接描述符 for (i = 0;i < FD_SETSIZE;i++) clientfds[i] = -1; maxi = -1; FD_ZERO(&allset); //添加监听描述符 FD_SET(listenfd,&allset); maxfd= listenfd; //循环处理 for ( ; ; ) { rset = allset; //获取可用描述符的个数 nready = select(maxfd+1,&rset,NULL,NULL,NULL); if (nready == -1) { perror("select error:"); exit(1); } //测试监听描述符是否准备好 if (FD_ISSET(listenfd,&rset)) { cliaddrlen = sizeof(cliaddr); //接受新的连接 if ((connfd = accept(listenfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&cliaddrlen)) == -1) { if (errno == EINTR) continue; else { perror("accepterror:"); exit(1); } } fprintf(stdout,"accept a new client: %s:%d\n", inet_ntoa(cliaddr.sin_addr),cliaddr.sin_port); //将新的连接描述符添加到数组中 for (i = 0;i <FD_SETSIZE;i++) { if (clientfds[i] < 0) { clientfds[i] = connfd; break; } } if (i == FD_SETSIZE) { fprintf(stderr,"too manyclients.\n"); exit(1); } //将新的描述符添加到读描述符集合中 FD_SET(connfd,&allset); //描述符个数 maxfd = (connfd > maxfd ? connfd : maxfd); //记录客户连接套接字的个数 maxi = (i > maxi ? i : maxi); if (--nready <= 0) continue; } //处理客户连接 handle_connection(clientfds,maxi,&rset,&allset); }} static void handle_connection(int*connfds,int num,fd_set *prset,fd_set *pallset){ int i,n; char buf[MAXLINE]; memset(buf,0,MAXLINE); for (i = 0;i <= num;i++) { if (connfds[i] < 0) continue; //测试客户描述符是否准备好 if (FD_ISSET(connfds[i],prset)) { //接收客户端发送的信息 n = read(connfds[i],buf,MAXLINE); if (n == 0) { close(connfds[i]); FD_CLR(connfds[i],pallset); connfds[i] = -1; continue; } printf("read msg is: "); write(STDOUT_FILENO,buf,n); //向客户端发送buf write(connfds[i],buf,n); } }}客户端程序如下：
#include <netinet/in.h>#include <sys/socket.h>#include <stdio.h>#include <string.h>#include <stdlib.h>#include <sys/select.h>#include <time.h>#include <unistd.h>#include <sys/types.h> #define MAXLINE 1024#define IPADDRESS "127.0.0.1"#define SERV_PORT 8787 #define max(a,b) (a > b) ? a : b static void handle_connection(int sockfd); int main(int argc,char *argv[]){ int sockfd; struct sockaddr_in servaddr; sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); bzero(&servaddr,sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family = AF_INET; servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT); inet_pton(AF_INET,IPADDRESS,&servaddr.sin_addr); connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)); //处理连接描述符 handle_connection(sockfd); return 0;} static void handle_connection(int sockfd){ char sendline[MAXLINE],recvline[MAXLINE]; int maxfdp,stdineof; fd_set rset; int n; FD_ZERO(&rset); for (; ;) { //添加标准输入描述符 FD_SET(STDIN_FILENO,&rset); //添加连接描述符 FD_SET(sockfd,&rset); maxfdp = max(STDIN_FILENO,sockfd); //进行轮询 select(maxfdp+1,&rset,NULL,NULL,NULL); //测试连接套接字是否准备好 if (FD_ISSET(sockfd,&rset)) { n = read(sockfd,recvline,MAXLINE); if (n == 0) { fprintf(stderr,"client: server is closed.\n"); close(sockfd); FD_CLR(sockfd,&rset); } write(STDOUT_FILENO,recvline,n); } //测试标准输入是否准备好 if (FD_ISSET(STDIN_FILENO,&rset)) { n = read(STDIN_FILENO,sendline,MAXLINE); if (n == 0) { FD_CLR(STDIN_FILENO,&rset); continue; } write(sockfd,sendline,n); } }}4、程序执行过程和结果
1、 打开服务器
[root@chenchen14]# ./server
2、 新打开一个终端，然后打开客户端
[root@chenchen14]# ./client
此时服务器上显示
accept a newclient: 127.0.0.1:52966
3、 在客户端上输入
hello , this isclient.
此时服务器上会接收到：
hello , this isclient.
如下图所示：
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