I/O复用——select系统调用
来源:互联网 发布:linux 查看系统时区 编辑:程序博客网 时间:2024/06/05 19:44
select系统调用
select系统调用的用途是:在一段指定时间内,监听用户感兴趣的文件描述符上的可读、可写和异常的事件。
select API
在终端上输入man select,可以查看select系统调用的原型:
/* According to POSIX.1-2001 */#include <sys/select.h>/* According to earlier standards */#include <sys/time.h>#include <sys/types.h>#include <unistd.h>int select( int nfds, fd_set* readfds, fd_set* writefds, fd_set* exceptfds, struct timeval* timeout )
1)nfds参数指定被监听的文件描述符的总数。它通常被设置为select监听的所有文件描述符中的最大值加1,因为文件描述符是从0开始计数的。
2)readfds、writefds和exceptfds参数分别指向可读、可写和异常等事件对应的文件描述符集合。应用程序调用select函数时,通过这3个参数传入自己感兴趣的文件描述符。select调用返回时,内核将修改它们来通知应用程序哪些文件描述符已经就绪。
#include <bits/typesizes.h>/* Number of descriptors that can fit in an `fd_set'. */#define __FD_SETSIZE 1024
#include <sys/select.h>/* The fd_set member is required to be an array of longs. */typedef long int __fd_mask;/* Some versions of <linux/posix_types.h> define this macros. */#undef __NFDBITS/* It's easier to assume 8-bit bytes than to get CHAR_BIT. */#define __NFDBITS (8 * (int) sizeof (__fd_mask))/* fd_set for select and pselect. */typedef struct { /* XPG4.2 requires this member name. Otherwise avoid the name from the global namespace. */#ifdef __USE_XOPEN __fd_mask fds_bits[__FD_SETSIZE / __NFDBITS];# define __FDS_BITS(set) ((set)->fds_bits)#else __fd_mask __fds_bits[__FD_SETSIZE / __NFDBITS];# define __FDS_BITS(set) ((set)->__fds_bits)#endif } fd_set;/* Maximum number of file descriptors in `fd_set'. */#define FD_SETSIZE __FD_SETSIZE
上面这些代码看不懂也没关系,这里说明以下,fd_set结构体其实仅包含一个整型数组,该数组的每个元素的每一位(bit)标记一个文件描述符。fd_set能容纳的文件描述符数量由FD_SETSIZE ( 即__FD_SETSIZE ) 指定,这就限制了select能同时处理的文件描述符的总数。
由于位操作过于烦琐,我们应该使用以下的一系列宏来访问fd_set结构体中的位:
#include <sys/select.h>/* 清除fdset的位fd */void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);/* 测试fdset的位fd是否被设置 */int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);/* 设置fdset的位fd */void FD_SET(int fd, fd_set *fdset);/* 清除fdset的所有位 */void FD_ZERO(fd_set *fdset);
3)timeout参数用来设置select函数的超时时间。它是一个timeval结构类型的指针,采用指针参数是因为内核将修改它以告诉应用程序select等待了多久。不过我们不能完全信任select调用返回后的timeout值,比如调用失败时timeout值是不确定的。timeval结构体的定义如下:
struct timeval{ long tv_sec; /* 秒数 */ long tv_usec; /* 微秒数 */};
由以上定义可见,select给我们提供了一个微秒级的定时方式。如果给timeout变量的tv_sec成员和tv_usec成员都传递0,则select将立即返回。如果给timeout传递NULL,则select将一直阻塞,直到某个文件描述符就绪。
select成功时返回就绪(可读、可写和异常)文件描述符的总数。如果在超时时间内没有任何文件描述符就绪,select将返回0。select失败时返回-1并设置errno。如果在select等待期间,程序接收到信号,则select立即返回-1,并设置errno为EINTR。
文件描述符就绪条件
哪些情况下文件描述符可以被认为是可读、可写或者出现异常,对于select的使用非常关键。在网络编程中,下列情况下socket可读:
- socket内核接收缓冲区中的字节数大于或等于其低水位标记SO_RCVLOWAT。此时我们可以无阻塞地读该socket,并且读操作返回的字节数大于0。
- socket通信的对方关闭连接。此时对该socket的读操作将返回0。
- 监听socket上有新的连接请求。
- socket上有未处理的错误。此时我们可以使用getsockopt来读取和清除该错误。
下列情况下socket可写:
- socket内核发送缓冲区中的可用字节数大于或等于其低水位标记SO_SNDLOWAT。此时我们可以无阻塞地写该socket,并且写操作返回的字节数大于0。
- socket的写操作关闭。对写操作关闭的socket执行写操作将触发一个SIGPIPE信号。
- socket使用非阻塞connect连接成功或者失败(超时)之后。
- socket上有未处理的错误。此时我们可以使用getsockopt来读取和清除。
网络程序设计中,select能处理的异常情况只有一种:socket上接收到带外数据。下面我们详细讨论。
处理带外数据
socket上接收到普通数据和带外数据都将使select返回,但socket处于不同的就绪状态:前者处于可读状态,后者处于异常状态。下面的代码描述了select是如何同时处理普通数据和带外数据的。
#include <sys/types.h>#include <sys/socket.h>#include <netinet/in.h>#include <arpa/inet.h>#include <assert.h>#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <errno.h>#include <string.h>#include <fcntl.h>#include <stdlib.h>int main( int argc, char* argv ){ if( argc <= 2 ) { printf("Usage: %s ip_address port_number\n", basename(argv[0])); return 1; } const char* ip = argv[1]; int port = atoi(argv[2]); int ret = 0; struct sockaddr_in address; bzero(&address, sizeof(address)); address.sin_family = AF_INET; inet_pton(AF_INET, ip, &address.sin_addr); address.sin_port = htons(port); int listenfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0); assert(listenfd >= 0); ret = bind(listenfd, (struct sockaddr*)&address, sizeof(address)); assert(ret != -1); ret = listen(listenfd, 5); assert(ret != -1); struct sockaddr_in client_address; socklen_t client_addrlength = sizeof(client_address); int connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&client_address, &client_addrlength); if(connfd < 0) { printf("errno is: %d\n", errno); close(listenfd); } char buf[1024]; fd_set read_fds; fd_set exception_fds; FD_ZERO(&read_fds); FD_ZERO(&exception_fds); while(1) { memset(buf, '\0', sizeof(buf)); /* 每次调用select前都要重新在read_fds和exception_fds中设置文件描述符connfd,因为事件发生之后,文件描述符集合将被内核修改 */ FD_SET(connfd, &read_fds); FD_SET(connfd, &exception_fds); ret = select(connfd + 1, &read_fds, NULL, &exception_fds, NULL); if(ret < 0) { printf("selection failure\n"); break; } /* 对于可读事件,采用普通的recv函数读取数据 */ if(FD_ISSET(connfd, &read_fds)) { ret = recv(connfd, buf, sizeof(buf) - 1, 0); if(ret <= 0) { break; } printf("get %d bytes of normal data: %s\n", ret, buf); } /* 对于异常事件,采用带MSG_OOB标志的recv函数读取带外数据 */ else if(FD_ISSET(connfd, &exception_fds)) { ret = recv(connfd, buf, sizeof(buf) - 1, MSG_OOB); if(ret <= 0) { break; } printf("get %d bytes of oob data: %s\n", ret, buf); } } close(connfd); close(listenfd); return 0;}
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