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 ", 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. "); 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. "); 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/