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。

因为文件描述符是从0开始的。

（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。

 原理图：

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 #include <netinet/in.h>  6 #include <sys/socket.h>  7 #include <sys/select.h>  8 #include <sys/types.h>  9 #include <netinet/in.h> 10 #include <arpa/inet.h> 11 #include <unistd.h> 12 #include <assert.h> 13  14 #define IPADDR      "127.0.0.1" 15 #define PORT        8787 16 #define MAXLINE     1024 17 #define LISTENQ     5 18 #define SIZE        10 19  20  21 typedef struct server_context_st 22 { 23     int cli_cnt;        /*客户端个数*/ 24     int clifds[SIZE];   /*客户端的个数*/ 25     fd_set allfds;      /*句柄集合*/ 26     int maxfd;          /*句柄最大值*/ 27 } server_context_st; 28  29  30 static server_context_st *s_srv_ctx = NULL; 31  32  33 /*=========================================================================== 34  * ==========================================================================*/ 35 static int create_server_proc(const char* ip,int port) 36 { 37     int  fd; 38     struct sockaddr_in servaddr; 39     fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0); 40     if (fd == -1) { 41         fprintf(stderr, "create socket fail,erron:%d,reason:%s\n", 42                 errno, strerror(errno)); 43         return -1; 44     } 45  46     int yes = 1; 47     if (setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &yes, sizeof(int)) == -1) {   48         return -1; 49     } 50  51     int reuse = 1; 52     if (setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse)) == -1) { 53         return -1; 54     } 55  56     bzero(&servaddr,sizeof(servaddr)); 57     servaddr.sin_family = AF_INET; 58     inet_pton(AF_INET,ip,&servaddr.sin_addr); 59     servaddr.sin_port = htons(port); 60  61     if (bind(fd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) == -1) { 62         perror("bind error: "); 63         return -1; 64     } 65  66     listen(fd,LISTENQ); 67  68     return fd; 69 } 70  71 static int accept_client_proc(int srvfd) 72 { 73     struct sockaddr_in cliaddr; 74     socklen_t cliaddrlen; 75     cliaddrlen = sizeof(cliaddr); 76     int clifd = -1; 77  78     printf("accpet clint proc is called.\n"); 79  80 ACCEPT: 81     clifd = accept(srvfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&cliaddrlen); 82  83     if (clifd == -1) { 84         if (errno == EINTR) { 85             goto ACCEPT; 86         } else { 87             fprintf(stderr, "accept fail,error:%s\n", strerror(errno)); 88             return -1; 89         } 90     } 91  92     fprintf(stdout, "accept a new client: %s:%d\n", 93                    inet_ntoa(cliaddr.sin_addr),cliaddr.sin_port); 94  95     //将新的连接描述符添加到数组中 96     int i = 0; 97     for (i = 0; i < SIZE; i++) { 98         if (s_srv_ctx->clifds[i] < 0) { 99             s_srv_ctx->clifds[i] = clifd;100             s_srv_ctx->cli_cnt++;101             break;102         }103     }104 105     if (i == SIZE) {106         fprintf(stderr,"too many clients.\n");107         return -1;108     }109 110 }111 112 static int handle_client_msg(int fd, char *buf) 113 {114     assert(buf);115 116     printf("recv buf is :%s\n", buf);117 118     write(fd, buf, strlen(buf) +1);119 120     return 0;121 }122 123 static void recv_client_msg(fd_set *readfds)124 {125     int i = 0, n = 0;126     int clifd;127     char buf[MAXLINE] = {0};128     for (i = 0;i <= s_srv_ctx->cli_cnt;i++) {129         clifd = s_srv_ctx->clifds[i];130         if (clifd < 0) {131             continue;132         }133 134         if (FD_ISSET(clifd, readfds)) {135             //接收客户端发送的信息136             n = read(clifd, buf, MAXLINE);137             if (n <= 0) {138                 FD_CLR(clifd, &s_srv_ctx->allfds);139                 close(clifd);140                 s_srv_ctx->clifds[i] = -1;141                 continue;142             }143 144             handle_client_msg(clifd, buf);145         }146     }147 }148 static void handle_client_proc(int srvfd)149 {150     int  clifd = -1;151     int  retval = 0;152     fd_set *readfds = &s_srv_ctx->allfds;153     struct timeval tv;154     int i = 0;155 156     while (1) {157 158         /*每次调用select前都要重新设置文件描述符和时间，因为事件发生后，文件描述符和时间都被内核修改啦*/159         /*添加监听套接字*/160         FD_ZERO(readfds);161         FD_SET(srvfd, readfds);162         s_srv_ctx->maxfd = srvfd;163 164         tv.tv_sec = 30;165         tv.tv_usec = 0;166 167         /*添加客户端套接字*/168         for (i = 0; i < s_srv_ctx->cli_cnt; i++) {169             clifd = s_srv_ctx->clifds[i];170             FD_SET(clifd, readfds);171             s_srv_ctx->maxfd = (clifd > s_srv_ctx->maxfd ? clifd : s_srv_ctx->maxfd);172         }173 174         retval = select(s_srv_ctx->maxfd + 1, readfds, NULL, NULL, &tv);175 176         if (retval == -1) {177             fprintf(stderr, "select error:%s.\n", strerror(errno));178             return;179         }180 181         if (retval == 0) {182             fprintf(stdout, "select is timeout.\n");183             continue;184         }185 186         if (FD_ISSET(srvfd, readfds)) {187             /*监听客户端请求*/188             accept_client_proc(srvfd);189         } else {190             /*接受处理客户端消息*/191             recv_client_msg(readfds);192         }193     }194 }195 196 197 static void server_uninit()198 {199     if (s_srv_ctx) {200         free(s_srv_ctx);201         s_srv_ctx = NULL;202     }203 }204 205 static int server_init()206 {207     s_srv_ctx = (server_context_st *)malloc(sizeof(server_context_st));208     if (s_srv_ctx == NULL) {209         return -1;210     }211 212     memset(s_srv_ctx, 0, sizeof(server_context_st));213 214     int i = 0;215     for (;i < SIZE; i++) {216         s_srv_ctx->clifds[i] = -1;217     }218 219     return 0;220 }221 222 int main(int argc,char *argv[])223 {224     int  srvfd;225 226     if (server_init() < 0) {227         return -1;228     }229 230     srvfd = create_server_proc(IPADDR, PORT);231     if (srvfd < 0) {232         fprintf(stderr, "socket create or bind fail.\n");233         goto err;234     }235 236     handle_client_proc(srvfd);237 238     return 0;239 240 err:241     server_uninit();242     return -1;243 }

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 #include <errno.h>11 12 #define MAXLINE 102413 #define IPADDRESS "127.0.0.1"14 #define SERV_PORT 878715 16 #define max(a,b) (a > b) ? a : b17 18 static void handle_recv_msg(int sockfd, char *buf) 19 {20 printf("client recv msg is:%s\n", buf);21 sleep(5);22 write(sockfd, buf, strlen(buf) +1);23 }24 25 static void handle_connection(int sockfd)26 {27 char sendline[MAXLINE],recvline[MAXLINE];28 int maxfdp,stdineof;29 fd_set readfds;30 int n;31 struct timeval tv;32 int retval = 0;33 34 while (1) {35 36 FD_ZERO(&readfds);37 FD_SET(sockfd,&readfds);38 maxfdp = sockfd;39 40 tv.tv_sec = 5;41 tv.tv_usec = 0;42 43 retval = select(maxfdp+1,&readfds,NULL,NULL,&tv);44 45 if (retval == -1) {46 return ;47 }48 49 if (retval == 0) {50 printf("client timeout.\n");51 continue;52 }53 54 if (FD_ISSET(sockfd, &readfds)) {55 n = read(sockfd,recvline,MAXLINE);56 if (n <= 0) {57 fprintf(stderr,"client: server is closed.\n");58 close(sockfd);59 FD_CLR(sockfd,&readfds);60 return;61 }62 63 handle_recv_msg(sockfd, recvline);64 }65 }66 }67 68 int main(int argc,char *argv[])69 {70 int sockfd;71 struct sockaddr_in servaddr;72 73 sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);74 75 bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));76 servaddr.sin_family = AF_INET;77 servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);78 inet_pton(AF_INET,IPADDRESS,&servaddr.sin_addr);79 80 int retval = 0;81 retval = connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));82 if (retval < 0) {83 fprintf(stderr, "connect fail,error:%s\n", strerror(errno));84 return -1;85 }86 87 printf("client send to server .\n");88 write(sockfd, "hello server", 32);89 90 handle_connection(sockfd);91 92 return 0;93 }

 

4、程序结果

　　启动服务程序，执行三个个客户程序进行测试，结果如下图所示：

参考：

http://konglingchun.is-programmer.com/posts/12146.html

http://blog.163.com/smileface100@126/blog/static/27720874200951024532966/