并发服务器--I/O复用之select

时间:2022-03-21 17:57:38

之前简单介绍了多进程实现并发服务器的方法,多进程方法弊端不言而喻,用户的增多对于服务器资源有巨大压力。

下面介绍并发服务器的另一种实现方法(只介绍基本思路)

I/O复用select函数

select函数使用方法

步骤1. 设置文件描述符

          指定监视范围

          设置超时

步骤2. 调用select函数

步骤3. 查看调用结果

设置文件描述符

利用select函数可以同时监视多个文件描述符(包括套接字)。首先将要监视的文件描述符集中在一起,根据监视项(接收、传输、异常)进行区分。

使用fd_set数组变量执行此操作,该数组是存有0和1的位数组。

并发服务器--I/O复用之select

如图所示,从左至右fd0-fd3-...分别是文件描述符为0,1,2,3...的对应位,值为1的即为监视对象,所以以上文件描述符为1和3的是监视对象。

对于fd_set变量的注册或更改宏

  • FD_ZERO(fd_set * fdset)    将fd_set变量的所有位初始化为0
  • FD_SET(int fd, fd_set * fdset)   在参数fdset指向的变量中注册文件描述符fd的信息
  • FD_CLR(int fd,fd_set * fdset)    从参数fdset指向的变量中清除文件描述符fd的信息
  • FD_ISSET(int fd,fd_set *fdset)   若参数faset指向的变量中包含文件描述符fa的信息,返回"真"。

简单来说

FD_ZERO 用来初始化fd_set变量或者清空所有监视项

FD_SET    用来注册需要监视的项

FD_CLR    用来清除不需要监视的项

FD_ISSET 用来检验seclet函数的调用结果,也就是说监视项是否发生变化

以下会有示例...

设置监视范围及超时

首先简绍select函数

#include <sys/select.h>#include <sys/time.h>
int select(int maxfd,fd_set *readset,fd_set *writeset,fd_set *exceptset,const struct timeval *timeout); //成功时返回0或大于0的值,失败返回-1

乍一看,select包含5个形参,看起来很复杂,其实很好理解

  • maxfd   监视对象文件描述符的数量
  • readset  将所有关注“是否存在待读数据”的文件描述符注册到fd_set型变量,并传递其地址值
  • writeset 将所有关注“是否可传输无阻塞数据”的文件描述符注册到fd_set型变量,并传递其地址值
  • exceptset  将所有关注“是否发生异常”的文件描述符注册到fd_set型变量,并传递其地址值
  • timeout 调用select函数后,为防止陷入无限阻塞,传递超时(timeout)信息。
  • 返回值  发生错误返回-1,超时返回0。因发生关注的事件返回时,返回大于0的值,该值是发生事件的文件描述符数。

简而言之,第2到4的参数是根据监视项的三个分类分别按需传递的监视事件的集合。

文件描述符的监视范围与第一个参数有关,每次新建文件描述符时,文件描述符都会加1,所以传递的值只需文件描述符加1(由于文件描述符从0开始)再传递。

超时与select函数的最后一个参数有关,其中timeval结构体定义如下

struct timeval{    long tv_sec;    //seconds    long tv_usec;   //microseconds}

本来select函数只有在监视的文件描述符发生变化时才返回。如果未发生变化,就会进入阻塞状态。指定超时时间就是为了防止无限阻塞的发生。通过定义上述结构体,只需将秒数填入tv_sec成员,微秒数填入tv_usec成员,然后传递给select最后一个参数即可。select超出设定的时间,未监视到变化即返回0。

调用select函数后的结果

根据select函数的返回值,可以预见发生的结果,如果返回值是大于0的整数,则说明相应数量的文件描述符发生了变化。

ps:文件描述符变化是指监视的文件描述符中发生了相应的监视事件。例如,通过select的第二个参数传递的集合存在需要读数据的描述符时,就意味着文件描述符发生变化。

那么如何知道传递的fd_set变量中哪些文件描述符发生变化了呢?

之前我们知道需要监视的文件描述符在fd_set变量中的对应位的值置为1,而经过select函数调用完成后,原来的文件描述符位的值均会变为0,但发生变化的文件描述符对应的位除外,也就是说,值仍为1的位置上的文件描述符发生了变化。


示例

#include <stdio.h>#include <unist.h>#include <sys/time.h>#include <sys/select.h>#define BUF_SIZE 30int main(){    fd_set reads,temps;    int result,str_len;    char buf[BUF_SIZE];    struct timeval timeout;    FD_ZERO(&reads);    FD_SET(0,&reads);    while(1)    {        temps = reads;                  //由于调用select完成后会将所有未变化的位都置为0,因此通过复制方法。        timeout.tv_sec = 5;             //每次select函数调用前都初始化超时时间,因为调用select后,timeout的值会被替换成超时剩余的值(static变量?)        timeout.tv_usec = 0;        result = select(1,&temps,0,0,&timeout);   //监视temps变量对应的文件描述符中是否有待读数据        if(result == -1)        {             puts("select() error!");             break;        }        else if(result == 0)             puts("Time-out!");        else        {             if(FD_ISSET(0,&temps))           //验证发生变化的文件描述符是否有0(标准输入),若是,则返回true             {                  str_len = read(0,buf,BUF_SIZE);                  buf[str_len] = 0;                  printf("message from console:%s",buf);             }        }    }    return 0;}

以上是小示例,以下说明I/O复用服务端的思路

将含有服务端监听socket(serv_sock)文件描述符的fd_set变量作为接收监视项传递给select()函数(第二个参数)

FD_ISSET循环监视文件描述符

1.如果为serv_sock则accept创建新的客户端交互socket并FD_SET到fd_set变量中,select函数第一个参数加1。

2.如果是其他文件描述符则是,客户端传输给服务端的消息,则进行传输操作。