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。
（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。
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
6 #include <netinet/in.h>
7 #include <sys/socket.h>
8 #include <sys/select.h>
9 #include <unistd.h>
10 #include <sys/types.h>
11
12 #define IPADDRESS "127.0.0.1"
13 #define PORT 8787
14 #define MAXLINE 1024
15 #define LISTENQ 5
16
17 //函数声明
18 //创建套接字并进行绑定
19 static int socket_bind(const char* ip,int port);
20 //IO多路复用select
21 static void do_select(int listenfd);
22 //处理多个连接
23 static void handle_connection(int *connfds,int num,fd_set *prset,fd_set *pallset);
24
25 int main(int argc,char *argv[])
26 {
27 int listenfd,connfd,sockfd;
28 struct sockaddr_in cliaddr;
29 socklen_t cliaddrlen;
30 listenfd = socket_bind(IPADDRESS,PORT);
31 listen(listenfd,LISTENQ);
32 do_select(listenfd);
33 return 0;
34 }
35
36 static int socket_bind(const char* ip,int port)
37 {
38 int listenfd;
39 struct sockaddr_in servaddr;
40 listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
41 if (listenfd == -1)
42 {
43 perror("socket error:");
44 exit(1);
45 }
46 bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
47 servaddr.sin_family = AF_INET;
48 inet_pton(AF_INET,ip,&servaddr.sin_addr);
49 servaddr.sin_port = htons(port);
50 if (bind(listenfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) == -1)
51 {
52 perror("bind error: ");
53 exit(1);
54 }
55 return listenfd;
56 }
57
58 static void do_select(int listenfd)
59 {
60 int connfd,sockfd;
61 struct sockaddr_in cliaddr;
62 socklen_t cliaddrlen;
63 fd_set rset,allset;
64 int maxfd,maxi;
65 int i;
66 int clientfds[FD_SETSIZE]; //保存客户连接描述符
67 int nready;
68 //初始化客户连接描述符
69 for (i = 0;i < FD_SETSIZE;i++)
70 clientfds[i] = -1;
71 maxi = -1;
72 FD_ZERO(&allset);
73 //添加监听描述符
74 FD_SET(listenfd,&allset);
75 maxfd = listenfd;
76 //循环处理
77 for ( ; ; )
78 {
79 rset = allset;
80 //获取可用描述符的个数
81 nready = select(maxfd+1,&rset,NULL,NULL,NULL);
82 if (nready == -1)
83 {
84 perror("select error:");
85 exit(1);
86 }
87 //测试监听描述符是否准备好
88 if (FD_ISSET(listenfd,&rset))
89 {
90 cliaddrlen = sizeof(cliaddr);
91 //接受新的连接
92 if ((connfd = accept(listenfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&cliaddrlen)) == -1)
93 {
94 if (errno == EINTR)
95 continue;
96 else
97 {
98 perror("accept error:");
99 exit(1);
100 }
101 }
102 fprintf(stdout,"accept a new client: %s:%d\n", inet_ntoa(cliaddr.sin_addr),cliaddr.sin_port);
103 //将新的连接描述符添加到数组中
104 for (i = 0;i <FD_SETSIZE;i++)
105 {
106 if (clientfds[i] < 0)
107 {
108 clientfds[i] = connfd;
109 break;
110 }
111 }
112 if (i == FD_SETSIZE)
113 {
114 fprintf(stderr,"too many clients.\n");
115 exit(1);
116 }
117 //将新的描述符添加到读描述符集合中
118 FD_SET(connfd,&allset);
119 //描述符个数
120 maxfd = (connfd > maxfd ? connfd : maxfd);
121 //记录客户连接套接字的个数
122 maxi = (i > maxi ? i : maxi);
123 if (--nready <= 0)
124 continue;
125 }
126 //处理客户连接
127 handle_connection(clientfds,maxi,&rset,&allset);
128 }
129 }
130
131 static void handle_connection(int *connfds,int num,fd_set *prset,fd_set *pallset)
132 {
133 int i,n;
134 char buf[MAXLINE];
135 memset(buf,0,MAXLINE);
136 for (i = 0;i <= num;i++)
137 {
138 if (connfds[i] < 0)
139 continue;
140 //测试客户描述符是否准备好
141 if (FD_ISSET(connfds[i],prset))
142 {
143 //接收客户端发送的信息
144 n = read(connfds[i],buf,MAXLINE);
145 if (n == 0)
146 {
147 close(connfds[i]);
148 FD_CLR(connfds[i],pallset);
149 connfds[i] = -1;
150 continue;
151 }
152 printf("read msg is: ");
153 write(STDOUT_FILENO,buf,n);
154 //向客户端发送buf
155 write(connfds[i],buf,n);
156 }
157 }
158 }
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
11 #define MAXLINE 1024
12 #define IPADDRESS "127.0.0.1"
13 #define SERV_PORT 8787
14
15 #define max(a,b) (a > b) ? a : b
16
17 static void handle_connection(int sockfd);
18
19 int main(int argc,char *argv[])
20 {
21 int sockfd;
22 struct sockaddr_in servaddr;
23 sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
24 bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
25 servaddr.sin_family = AF_INET;
26 servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
27 inet_pton(AF_INET,IPADDRESS,&servaddr.sin_addr);
28 connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));
29 //处理连接描述符
30 handle_connection(sockfd);
31 return 0;
32 }
33
34 static void handle_connection(int sockfd)
35 {
36 char sendline[MAXLINE],recvline[MAXLINE];
37 int maxfdp,stdineof;
38 fd_set rset;
39 int n;
40 FD_ZERO(&rset);
41 for (; ;)
42 {
43 //添加标准输入描述符
44 FD_SET(STDIN_FILENO,&rset);
45 //添加连接描述符
46 FD_SET(sockfd,&rset);
47 maxfdp = max(STDIN_FILENO,sockfd);
48 //进行轮询
49 select(maxfdp+1,&rset,NULL,NULL,NULL);
50 //测试连接套接字是否准备好
51 if (FD_ISSET(sockfd,&rset))
52 {
53 n = read(sockfd,recvline,MAXLINE);
54 if (n == 0)
55 {
56 fprintf(stderr,"client: server is closed.\n");
57 close(sockfd);
58 FD_CLR(sockfd,&rset);
59 }
60 write(STDOUT_FILENO,recvline,n);
61 }
62 //测试标准输入是否准备好
63 if (FD_ISSET(STDIN_FILENO,&rset))
64 {
65 n = read(STDIN_FILENO,sendline,MAXLINE);
66 if (n == 0)
67 {
68 FD_CLR(STDIN_FILENO,&rset);
69 continue;
70 }
71 write(sockfd,sendline,n);
72 }
73 }
74 }
4、程序结果
启动服务程序，执行两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/