IO多路复用之select总结

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);   //将文件描述符加入集合之中

         void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);   //将文件描述符从集合中删除

         int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);   // 检查指定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。

//服务器测试程序(参考UNP的源码)

#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>
#include <arpa/inet.h>

#define IPADDRESS   "192.168.1.3"//环回
#define PORT        2015
#define MAXLINE     1024
#define LISTENQ     5 

static int socket_bind(const char* ip,int port);//创建套接字并进行绑定
static void do_select(int listenfd);                     //IO多路复用select
static void handle_connection(int *connfds, int num, fd_set *prset, fd_set *pallset); //处理多个连接


//主程序  
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;
}


//监听套接字
static int 
socket_bind(const char* ip,int port)
{
int  listenfd;
struct sockaddr_in servaddr;

//创建流式套接字
listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (listenfd == -1)
{
perror("socket error:");
exit(1);
}

//初始化地址结构
bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;               //IPv4
servaddr.sin_port = htons(port);             //端口
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);//由内核指定IP
//inet_pton(AF_INET, ip, &servaddr.sin_addr);//IP地址

//套接字与地址结构绑定
if (bind(listenfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) == -1)
{
perror("bind error: ");
exit(1);
}

    return listenfd;
}


//监控多路网络链接
static void do_select(int listenfd)
{
int                connfd, sockfd;
struct sockaddr_in cliaddr;     //IPv4地址结构
socklen_t          cliaddrlen;  //大小
fd_set             rset, allset;//文件描述符集
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;
maxfd = listenfd;
FD_ZERO(&allset);
FD_SET(listenfd, &allset);//添加监听描述符

//循环处理
while(1)
{
rset = allset;


//监控技术
nready = select(maxfd+1, &rset, NULL, NULL, NULL);//阻塞
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("accept error:");
exit(1);
}
}

char buff[16] = {0};
printf("connection from %s, port %d\n",
inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr, buff, sizeof(buff)),
       ntohs(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;
}
}

//上限检查
if (i == FD_SETSIZE)
{
fprintf(stderr,"too many clients.\n");
exit(1);
}

//将新的描述符添加到读描述符集合中
FD_SET(connfd, &allset);                  
maxfd = (connfd > maxfd ? connfd : maxfd);//描述符个数
            maxi = (i > maxi ? i : maxi);             //记录客户连接套接字的个数
            if (--nready <= 0)
continue;
        }

        //处理客户连接（业务处理）
        handle_connection(clientfds, maxi, &rset, &allset);
    }
}


//业务处理
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);
}
}
}