Linux网络编程——I/O复用之select详解

一、I/O复用概述

I/O复用概念：

解决进程或线程阻塞到某个 I/O 系统调用而出现的技术，使进程不阻塞于某个特定的 I/O 系统调

I/O复用使用的场合：

1.当客户处理多个描述符（通常是交互式输入、网络套接字）时，必须使用I/O复用。

2.tcp服务器既要处理监听套接字，又要处理已连接套接字，一般要使用I/O复用。

3.如果一个服务器既要处理tcp又要处理udp，一般要使用I/O复用。

4.如果一个服务器要处理多个服务或多个服务时，一般要使用I/O复用。

I/O复用常用函数：

select、poll

二、select()函数

select函数介绍：

int select(int maxfd, fd_set *readset, fd_set *writeset, fd_set *exceptset, const struct timeval *timeout);

功能：轮询扫描多个描述符中的任一描述符是否发生响应，或经过一段时间后唤醒

参数：

参数名称说明maxfd指定要检测的描述符的范围所检测描述符最大值+1
readset
可读描述符集
监测该集合中的任意描述符是否有数据可读
writeset
可写描述符集
监测该集合中的任意描述符是否有数据可写
exceptset
异常描述符集
监测该集合中的任意描述符是否发生异常
timeout
超时时间
超过规定时间后唤醒

返回值：

0：超时

-1：出错

>0：准备好的文件描述符数量

头文件：

#include <sys/select.h>#include <sys/time.h>

超时时间：

//该结构体表示等待超时的时间struct timeval{long tv_sec;//秒long tv_usec;//微秒};//比如等待10.2秒struct timeval timeout;timeoout.tv_sec = 10;timeoout.tv_usec = 200000;//将select函数的timeout参数设置为NULL则永远等待

描述符集合的操作：

select()函数能对多个文件描述符进行监测，如果一个参数对应一个描述符，那么select函数的4个参数最多能监测4个文件描述，那他如何实现对多个文件描述符的监测的呢？

大家想一想文件描述符基本具有3种特性（读、写、异常），如果我们统一将监测可读的描述符放入可读集合（readset），监测可写的描述符放入可写集合（writeset），监测异常的描述符放入异常集合（exceptset）。然后将这3个集合传给select函数，是不是就可监测多个描述符呢.

如何将某个描述符加入到特定的集合中呢？这时就需要了解下面的集合操作函数

/初始化描述符集void FD_ZERO(fd_set *fdset);//将一个描述符添加到描述符集void FD_SET(int fd, fd_set *fdset);//将一个描述符从描述符集中删除void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);//检测指定的描述符是否有事件发生int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);

select()函数整体使用框架：

例子：检测 0、4、5 描述符是否准备好读

while(1){fd_set rset;//创建一个描述符集rsetFD_ZERO(&rset);//对描述符集rset清零FD_SET(0, &rset);//将描述符0加入到描述符集rset中FD_SET(4, &rset);//将描述符4加入到描述符集rset中FD_SET(5, &rset);//将描述符5加入到描述符集rset中if(select(5+1, &rset, NULL, NULL, NULL) > 0){if(FD_ISSET(0, &rset)){//描述符0可读及相应的处理代码}if(FD_ISSET(4, &rset)){//描述符4可读及相应的处理代码}if(FD_ISSET(5, &rset)){//描述符5可读及相应的处理代码}}}

三、select函数的应用对比

我们通过udp同时收发的例子来说明select的妙处。

对于udp同时收发立马想到的是一个线程收、另一个线程发，下面的代码就是通过多线程来实现

#include <string.h>#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h>#include <sys/select.h>#include <sys/time.h>#include <sys/socket.h>#include <netinet/in.h>#include <arpa/inet.h>#include <pthread.h>//接收线程：负责接收消息并显示void *recv_thread(void* arg){int udpfd = (int)arg;struct sockaddr_in addr;socklen_t addrlen = sizeof(addr);bzero(&addr,sizeof(addr));while(1){char buf[200]  = "";char ipbuf[16] = "";recvfrom(udpfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr*)&addr, &addrlen);printf("\r\033[31m[%s]:\033[32m%s\n",inet_ntop(AF_INET,&addr.sin_addr,ipbuf,sizeof(ipbuf)),buf);write(1,"UdpQQ:",6);}return NULL;}int main(int argc,char *argv[]){char buf[100] = "";int  udpfd = 0;pthread_t tid;struct sockaddr_in addr;struct sockaddr_in cliaddr;//对套接字地址进行初始化bzero(&addr,sizeof(addr));addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_port   = htons(8000);addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);bzero(&cliaddr,sizeof(cliaddr));cliaddr.sin_family = AF_INET;cliaddr.sin_port   = htons(8000);//创建套接口if( (udpfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM, 0)) < 0){perror("socket error");exit(-1);}//设置端口if(bind(udpfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) < 0){perror("bind error");close(udpfd);exit(-1);}printf("input: \"sayto 192.168.221.X\" to sendmsg to somebody\n");//创建接收线程pthread_create(&tid, NULL, recv_thread, (void*)udpfd); //创建线程printf("\033[32m"); //设置字体颜色fflush(stdout);while(1){//主线程负责发送消息write(1,"UdpQQ:",6);//1 表示标准输出fgets(buf, sizeof(buf), stdin); //等待输入buf[strlen(buf) - 1] = '\0';    //确保输入的最后一位是'\0'if(strncmp(buf, "sayto", 5) == 0){char ipbuf[INET_ADDRSTRLEN] = "";inet_pton(AF_INET, buf+6, &cliaddr.sin_addr);//给addr套接字地址再赋值.printf("\rconnect %s successful!\n",inet_ntop(AF_INET,&cliaddr.sin_addr,ipbuf,sizeof(ipbuf)));continue;}else if(strncmp(buf, "exit",4) == 0){close(udpfd);exit(0);}sendto(udpfd, buf, strlen(buf),0,(struct sockaddr*)&cliaddr, sizeof(cliaddr));}return 0;}

运行结果：

用select来完成上述同样的功能：

#include <string.h>#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h>#include <sys/select.h>#include <sys/time.h>#include <sys/socket.h>#include <netinet/in.h>#include <arpa/inet.h>int main(int argc,char *argv[]){int udpfd = 0;struct sockaddr_in saddr;struct sockaddr_in caddr;bzero(&saddr,sizeof(saddr));saddr.sin_family = AF_INET;saddr.sin_port   = htons(8000);saddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);bzero(&caddr,sizeof(caddr));caddr.sin_family  = AF_INET;caddr.sin_port    = htons(8000);//创建套接字if( (udpfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM, 0)) < 0){perror("socket error");exit(-1);}//套接字端口绑字if(bind(udpfd, (struct sockaddr*)&saddr, sizeof(saddr)) != 0){perror("bind error");close(udpfd);exit(-1);}printf("input: \"sayto 192.168.220.X\" to sendmsg to somebody\033[32m\n");while(1){char buf[100]="";fd_set rset;//创建文件描述符的聚合变量FD_ZERO(&rset); //文件描述符聚合变量清0FD_SET(0, &rset);//将标准输入添加到文件描述符聚合变量中FD_SET(udpfd, &rset);//将udpfd添加到文件描述符聚合变量中write(1,"UdpQQ:",6);if(select(udpfd + 1, &rset, NULL, NULL, NULL) > 0){if(FD_ISSET(0, &rset))//测试0是否可读写{fgets(buf, sizeof(buf), stdin);buf[strlen(buf) - 1] = '\0';if(strncmp(buf, "sayto", 5) == 0){char ipbuf[16] = "";inet_pton(AF_INET, buf+6, &caddr.sin_addr);//给addr套接字地址再赋值.printf("\rsay to %s\n",inet_ntop(AF_INET,&caddr.sin_addr,ipbuf,sizeof(ipbuf)));continue;}else if(strcmp(buf, "exit")==0){close(udpfd);exit(0);}sendto(udpfd, buf, strlen(buf),0,(struct sockaddr*)&caddr, sizeof(caddr));}if(FD_ISSET(udpfd, &rset))//测试udpfd是否可读写{struct sockaddr_in addr;char ipbuf[INET_ADDRSTRLEN] = "";socklen_t addrlen = sizeof(addr);bzero(&addr,sizeof(addr));recvfrom(udpfd, buf, 100, 0, (struct sockaddr*)&addr, &addrlen);printf("\r\033[31m[%s]:\033[32m%s\n",inet_ntop(AF_INET,&addr.sin_addr,ipbuf,sizeof(ipbuf)),buf);}}}return 0;}

运行结果：

代码下载：