Linux网络编程——I/O复用之select详解

https://blog.csdn.net/lianghe_work/article/details/46506143

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：


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

超时时间：

  1. //该结构体表示等待超时的时间
  2. struct timeval{
  3. long tv_sec;//秒
  4. long tv_usec;//微秒
  5. };
  7. //比如等待10.2秒
  8. struct timeval timeout;
  9. timeoout.tv_sec = 10;
  10. timeoout.tv_usec = 200000;
  12. //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

  1. /初始化描述符集
  2. void FD_ZERO(fd_set *fdset);
  4. //将一个描述符添加到描述符集
  5. void FD_SET(int fd, fd_set *fdset);
  7. //将一个描述符从描述符集中删除
  8. void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);
  10. //检测指定的描述符是否有事件发生
  11. 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

  1. while(1)
  2. {
  3. fd_set rset;//创建一个描述符集rset
  4. FD_ZERO(&rset);//对描述符集rset清零
  5. FD_SET(0, &rset);//将描述符0加入到描述符集rset中
  6. FD_SET(4, &rset);//将描述符4加入到描述符集rset中
  7. FD_SET(5, &rset);//将描述符5加入到描述符集rset中
  9. if(select(5+1, &rset, NULL, NULL, NULL) > 0)
  10. {
  11. if(FD_ISSET(0, &rset))
  12. {
  13. //描述符0可读及相应的处理代码
  14. }
  16. if(FD_ISSET(4, &rset))
  17. {
  18. //描述符4可读及相应的处理代码
  19. }
  20. if(FD_ISSET(5, &rset))
  21. {
  22. //描述符5可读及相应的处理代码
  23. }
  24. }
  25. }


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

  1. #include <string.h>
  2. #include <stdio.h>
  3. #include <stdlib.h>
  4. #include <unistd.h>
  5. #include <sys/select.h>
  6. #include <sys/time.h>
  7. #include <sys/socket.h>
  8. #include <netinet/in.h>
  9. #include <arpa/inet.h>
  10. #include <pthread.h>
  12. //接收线程：负责接收消息并显示
  13. void *recv_thread(void* arg)
  14. {
  15. int udpfd = (int)arg;
  16. struct sockaddr_in addr;
  17. socklen_t addrlen = sizeof(addr);
  19. bzero(&addr,sizeof(addr));
  20. while(1)
  21. {
  22. char buf[200] = "";
  23. char ipbuf[16] = "";
  24. recvfrom(udpfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr*)&addr, &addrlen);
  25. printf("\r\033[31m[%s]:\033[32m%s\n",inet_ntop(AF_INET,&addr.sin_addr,ipbuf,sizeof(ipbuf)),buf);
  26. write(1,"UdpQQ:",6);
  27. }
  28. return NULL;
  29. }
  31. int main(int argc,char *argv[])
  32. {
  33. char buf[100] = "";
  34. int udpfd = 0;
  35. pthread_t tid;
  36. struct sockaddr_in addr;
  37. struct sockaddr_in cliaddr;
  39. //对套接字地址进行初始化
  40. bzero(&addr,sizeof(addr));
  41. addr.sin_family = AF_INET;
  42. addr.sin_port = htons(8000);
  43. addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
  45. bzero(&cliaddr,sizeof(cliaddr));
  46. cliaddr.sin_family = AF_INET;
  47. cliaddr.sin_port = htons(8000);
  49. //创建套接口
  50. if( (udpfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM, 0)) < 0)
  51. {
  52. perror("socket error");
  53. exit(-1);
  54. }
  56. //设置端口
  57. if(bind(udpfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) < 0)
  58. {
  59. perror("bind error");
  60. close(udpfd);
  61. exit(-1);
  62. }
  64. printf("input: \"sayto 192.168.221.X\" to sendmsg to somebody\n");
  65. //创建接收线程
  66. pthread_create(&tid, NULL, recv_thread, (void*)udpfd); //创建线程
  67. printf("\033[32m"); //设置字体颜色
  68. fflush(stdout);
  70. while(1)
  71. {
  72. //主线程负责发送消息
  73. write(1,"UdpQQ:",6);//1 表示标准输出
  74. fgets(buf, sizeof(buf), stdin); //等待输入
  75. buf[strlen(buf) - 1] = '\0'; //确保输入的最后一位是'\0'
  76. if(strncmp(buf, "sayto", 5) == 0)
  77. {
  78. char ipbuf[INET_ADDRSTRLEN] = "";
  79. inet_pton(AF_INET, buf+6, &cliaddr.sin_addr);//给addr套接字地址再赋值.
  80. printf("\rconnect %s successful!\n",inet_ntop(AF_INET,&cliaddr.sin_addr,ipbuf,sizeof(ipbuf)));
  81. continue;
  82. }
  83. else if(strncmp(buf, "exit",4) == 0)
  84. {
  85. close(udpfd);
  86. exit(0);
  87. }
  89. sendto(udpfd, buf, strlen(buf),0,(struct sockaddr*)&cliaddr, sizeof(cliaddr));
  90. }
  92. return 0;
  93. }

运行结果：




用select来完成上述同样的功能：

  1. #include <string.h>
  2. #include <stdio.h>
  3. #include <stdlib.h>
  4. #include <unistd.h>
  5. #include <sys/select.h>
  6. #include <sys/time.h>
  7. #include <sys/socket.h>
  8. #include <netinet/in.h>
  9. #include <arpa/inet.h>
  11. int main(int argc,char *argv[])
  12. {
  13. int udpfd = 0;
  14. struct sockaddr_in saddr;
  15. struct sockaddr_in caddr;
  17. bzero(&saddr,sizeof(saddr));
  18. saddr.sin_family = AF_INET;
  19. saddr.sin_port = htons(8000);
  20. saddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
  22. bzero(&caddr,sizeof(caddr));
  23. caddr.sin_family = AF_INET;
  24. caddr.sin_port = htons(8000);
  26. //创建套接字
  27. if( (udpfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM, 0)) < 0)
  28. {
  29. perror("socket error");
  30. exit(-1);
  31. }
  33. //套接字端口绑字
  34. if(bind(udpfd, (struct sockaddr*)&saddr, sizeof(saddr)) != 0)
  35. {
  36. perror("bind error");
  37. close(udpfd);
  38. exit(-1);
  39. }
  41. printf("input: \"sayto 192.168.220.X\" to sendmsg to somebody\033[32m\n");
  42. while(1)
  43. {
  44. char buf[100]="";
  45. fd_set rset; //创建文件描述符的聚合变量
  46. FD_ZERO(&rset); //文件描述符聚合变量清0
  47. FD_SET(0, &rset);//将标准输入添加到文件描述符聚合变量中
  48. FD_SET(udpfd, &rset);//将udpfd添加到文件描述符聚合变量中
  49. write(1,"UdpQQ:",6);
  51. if(select(udpfd + 1, &rset, NULL, NULL, NULL) > 0)
  52. {
  53. if(FD_ISSET(0, &rset))//测试0是否可读写
  54. {
  55. fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
  56. buf[strlen(buf) - 1] = '\0';
  57. if(strncmp(buf, "sayto", 5) == 0)
  58. {
  59. char ipbuf[16] = "";
  60. inet_pton(AF_INET, buf+6, &caddr.sin_addr);//给addr套接字地址再赋值.
  61. printf("\rsay to %s\n",inet_ntop(AF_INET,&caddr.sin_addr,ipbuf,sizeof(ipbuf)));
  62. continue;
  63. }
  64. else if(strcmp(buf, "exit")==0)
  65. {
  66. close(udpfd);
  67. exit(0);
  68. }
  69. sendto(udpfd, buf, strlen(buf),0,(struct sockaddr*)&caddr, sizeof(caddr));
  70. }
  71. if(FD_ISSET(udpfd, &rset))//测试udpfd是否可读写
  72. {
  73. struct sockaddr_in addr;
  74. char ipbuf[INET_ADDRSTRLEN] = "";
  75. socklen_t addrlen = sizeof(addr);
  77. bzero(&addr,sizeof(addr));
  79. recvfrom(udpfd, buf, 100, 0, (struct sockaddr*)&addr, &addrlen);
  80. printf("\r\033[31m[%s]:\033[32m%s\n",inet_ntop(AF_INET,&addr.sin_addr,ipbuf,sizeof(ipbuf)),buf);
  81. }
  82. }
  83. }
  85. return 0;
  86. }

运行结果：




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