Linux:I/O多路转接之select(有图有代码有真相!!!)

一、select引入

一次 I/O 分为两个部分:1)等待数据就绪      2)进行数据转移

1、select 原理:

select的原理就是减少等待数据就绪的比重,巧妙的利用等待队列机制让用户进程适当在没有资源可读/写时睡眠,有资源可读/写时唤醒。下面我们看

看select睡眠的详细过程。  

select会循环遍历它所监测的fd_set(一组文件描述符(fd)的集合)内的所有文件描述符对应的驱动程序的poll函数。驱动程序提供的poll函数首先会将

调用select的用户进程插入到该设备驱动对应资源的等待队列(如读/写等待队列),然后返回一个bitmask告诉select当前资源哪些可用。当select循环遍历完

所有fd_set内指定的文件描述符对应的poll函数后,如果没有一个资源可用(即没有一个文件可供操作),则select让该进程睡眠,一直等到有资源可用为止,

进程被唤醒(或者timeout)继续往下执行。



select:系统提供select函数来实现多路复用输入/输出模型。select系统调用是⽤用来让我们的程序监视多个文件句柄的状态变化的。 

程序会停在select这里等待,直到被监视的文件句柄有一个或多个发生了状态改变。 

句柄: 0是标准输⼊入,1是标准输出,2是标准错误输出。0、1、2是整数表⽰示的,对应的FILE * 结构的表⽰示就是stdin、stdout、stderr。

2、select 参数


nfds:是需要监视的最大的⽂文件描述符值+1;

rdset:需要检测的可读⽂文件描述符的集合

wrset:可写⽂文件描述符的集合

exset:常⽂文件描述符的集合。

struct timeval结构⽤用于描述⼀一段时间长度,如果在这个时间内,需要监视的描述符没有事件发生则函数返回,返回值为0。


下⾯面的宏提供了处理这三种描述词组的⽅方式:

FD_CLR(inr fd,fd_set* set);⽤用来清除描述词组set中相关fd 的位

FD_ISSET(int fd,fd_set *set);⽤用来测试描述词组set中相关fd 的位是否为真

FD_SET(int fd,fd_set*set);⽤用来设置描述词组set中相关fd的位

FD_ZERO(fd_set *set);⽤用来清除描述词组set的全部位

参数timeout为结构timeval,⽤用来设置select()的等待时间,其结构定义如下:




如果参数timeout设为:

NULL:则表示select()没有timeout,select将⼀一直被阻塞,直到某个文件描述符上发生了事件。
0:仅检测描述符集合的状态,然后立即返回,并不等待外部事件的发⽣生。
特定的时间值:如果在指定的时间段里没有事件发生,select将超时返回。


函数返回值:

执行成功则返回⽂文件描述词状态已改变的个数

如果返回0代表在描述词状态改变前已超过timeout时间,没有返回;

当有错误发⽣生时则返回-1,错误原因存于errno,此时参数readfds,writefds,exceptfds和

timeout的值变成不可预测。错误值可能为:

EBADF 文件描述词为无效的或该文件已关闭

EINTR 此调⽤用被信号所中断

EINVAL 参数n 为负值。

ENOMEM 核心内存不足


3、select模型的特点: 
1)、可监控的⽂文件描述符个数取决与sizeof(fd_set)的值。我这边服务 器上sizeof(fd_set)=512,每bit表⽰示一个⽂文件描述符,则我服务器上⽀支持的最大文件描述符是512*8=4096。 
2)、将fd加入select监控集的同时,还要再使用一个数据结构array保存放到select监控集中的fd,一是用于再select 返回后,array作为源数据和fd_set进行FD_ISSET判断。二是select返回后会把以前加入的但并无事件发生的fd清空,则每次开始 select前都要重新从array取得fd逐一加入(FD_ZERO最先),扫描array的同时取得fd最大值maxfd,用于select的第一个 参数。 
              3)、select模型必须在select前循环array(加fd,取maxfd),select返回后循环array(FD_ISSET判断是否有时间发生)。
4、select缺点: 
(1)每次调用select,都需要把fd集合从用户态拷贝到内核态,这个开销在fd很多时会很大 
(2)同时每次调用select都需要在内核遍历传递进来的所有fd,这个开销在fd很多时也很大 

(3)select支持的文件描述符数量太小了,默认是1024


5、select 服务器

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<sys/select.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<netinet/in.h>
#include<string.h>
int array_fds[1024];
static void usage(char *proc)
{printf("usage:%s [local_ip] [local_port]\n",proc);
}
int startup(char* _ip,int _port) 
{//create socketint sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if(sock<0){perror("socket");return 2;}//port multiplexingint flg=1; setsockopt(sock,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&flg,sizeof(flg));struct sockaddr_in local;local.sin_family=AF_INET;local.sin_addr.s_addr=inet_addr(_ip);local.sin_port=htons(_port);//bindif(bind(sock,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local))<0){perror("bind");return 3;}//listenif(listen(sock,10)<0){perror("listen");return 4;}return sock;
}
int main(int argc,char *argv[])
{if(argc!=3){usage(argv[0]);return 1;}int listen_sock=startup(argv[1],atoi(argv[2]));int maxfd=0;fd_set rfds;int array_size=sizeof(array_fds)/sizeof(array_fds[0]);array_fds[0]=listen_sock;int i=1;for(;i<array_size;i++){array_fds[i]=-1;}while(1){struct timeval _timeout={0,0};FD_ZERO(&rfds);maxfd=-1;for(i=0;i<array_size;i++){if(array_fds[i]>0){FD_SET(array_fds[i],&rfds);if(array_fds[i]>maxfd){maxfd=array_fds[i];}}}switch(select(maxfd+1,&rfds,NULL,NULL,&_timeout)){case 0:printf("timeout...\n");break;case -1:perror("select\n");break;default:{int j=0;for(;j<array_size;j++){if(array_fds[j]<0){continue;}if(j==0 && FD_ISSET(array_fds[j],&rfds)){struct sockaddr_in client;socklen_t len=sizeof(client);int new_fd=accept(array_fds[j],\(struct sockaddr*)&client,&len);if(new_fd<0){perror("accept");continue;}else{printf("get a new client:(%s  %d)\n",\inet_ntoa(client.sin_addr),\ntohs(client.sin_port));int k=1;for(;k<array_size;k++){if(array_fds[k]<0){array_fds[k]=new_fd;break;}}if(k==array_size){close(new_fd);}}}else if(j!=0 && FD_ISSET(array_fds[j],&rfds)){char buf[10240];ssize_t s=read(array_fds[j],buf,sizeof(buf)-1);if(s>0){buf[s]=0;printf("client say:%s\n",buf);}else if(s==0){printf("client quit\n");close(array_fds[j]);array_fds[j]=-1;}else{perror("read");close(array_fds[j]);array_fds[j]=-1;}}}}break;}}return 0;
}


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