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。
因为文件描述符是从0开始的。
（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。
原理图：
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 #include <netinet/in.h>
6 #include <sys/socket.h>
7 #include <sys/select.h>
8 #include <sys/types.h>
9 #include <netinet/in.h>
10 #include <arpa/inet.h>
11 #include <unistd.h>
12 #include <assert.h>
13
14 #define IPADDR "127.0.0.1"
15 #define PORT 8787
16 #define MAXLINE 1024
17 #define LISTENQ 5
18 #define SIZE 10
19
20
21 typedef struct server_context_st
22 {
23 int cli_cnt; /*客户端个数*/
24 int clifds[SIZE]; /*客户端的个数*/
25 fd_set allfds; /*句柄集合*/
26 int maxfd; /*句柄最大值*/
27 } server_context_st;
28
29
30 static server_context_st *s_srv_ctx = NULL;
31
32
33 /*===========================================================================
34 * ==========================================================================*/
35 static int create_server_proc(const char* ip,int port)
36 {
37 int fd;
38 struct sockaddr_in servaddr;
39 fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0);
40 if (fd == -1) {
41 fprintf(stderr, "create socket fail,erron:%d,reason:%s
",
42 errno, strerror(errno));
43 return -1;
44 }
45
46 int yes = 1;
47 if (setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &yes, sizeof(int)) == -1) {
48 return -1;
49 }
50
51 int reuse = 1;
52 if (setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse)) == -1) {
53 return -1;
54 }
55
56 bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
57 servaddr.sin_family = AF_INET;
58 inet_pton(AF_INET,ip,&servaddr.sin_addr);
59 servaddr.sin_port = htons(port);
60
61 if (bind(fd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) == -1) {
62 perror("bind error: ");
63 return -1;
64 }
65
66 listen(fd,LISTENQ);
67
68 return fd;
69 }
70
71 static int accept_client_proc(int srvfd)
72 {
73 struct sockaddr_in cliaddr;
74 socklen_t cliaddrlen;
75 cliaddrlen = sizeof(cliaddr);
76 int clifd = -1;
77
78 printf("accpet clint proc is called.
");
79
80 ACCEPT:
81 clifd = accept(srvfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&cliaddrlen);
82
83 if (clifd == -1) {
84 if (errno == EINTR) {
85 goto ACCEPT;
86 } else {
87 fprintf(stderr, "accept fail,error:%s
", strerror(errno));
88 return -1;
89 }
90 }
91
92 fprintf(stdout, "accept a new client: %s:%d
",
93 inet_ntoa(cliaddr.sin_addr),cliaddr.sin_port);
94
95 //将新的连接描述符添加到数组中
96 int i = 0;
97 for (i = 0; i < SIZE; i++) {
98 if (s_srv_ctx->clifds[i] < 0) {
99 s_srv_ctx->clifds[i] = clifd;
100 s_srv_ctx->cli_cnt++;
101 break;
102 }
103 }
104
105 if (i == SIZE) {
106 fprintf(stderr,"too many clients.
");
107 return -1;
108 }
109
110 }
111
112 static int handle_client_msg(int fd, char *buf)
113 {
114 assert(buf);
115
116 printf("recv buf is :%s
", buf);
117
118 write(fd, buf, strlen(buf) +1);
119
120 return 0;
121 }
122
123 static void recv_client_msg(fd_set *readfds)
124 {
125 int i = 0, n = 0;
126 int clifd;
127 char buf[MAXLINE] = {0};
128 for (i = 0;i <= s_srv_ctx->cli_cnt;i++) {
129 clifd = s_srv_ctx->clifds[i];
130 if (clifd < 0) {
131 continue;
132 }
133
134 if (FD_ISSET(clifd, readfds)) {
135 //接收客户端发送的信息
136 n = read(clifd, buf, MAXLINE);
137 if (n <= 0) {
138 FD_CLR(clifd, &s_srv_ctx->allfds);
139 close(clifd);
140 s_srv_ctx->clifds[i] = -1;
141 continue;
142 }
143
144 handle_client_msg(clifd, buf);
145 }
146 }
147 }
148 static void handle_client_proc(int srvfd)
149 {
150 int clifd = -1;
151 int retval = 0;
152 fd_set *readfds = &s_srv_ctx->allfds;
153 struct timeval tv;
154 int i = 0;
155
156 while (1) {
157
158 /*每次调用select前都要重新设置文件描述符和时间，因为事件发生后，文件描述符和时间都被内核修改啦*/
159 /*添加监听套接字*/
160 FD_ZERO(readfds);
161 FD_SET(srvfd, readfds);
162 s_srv_ctx->maxfd = srvfd;
163
164 tv.tv_sec = 30;
165 tv.tv_usec = 0;
166
167 /*添加客户端套接字*/
168 for (i = 0; i < s_srv_ctx->cli_cnt; i++) {
169 clifd = s_srv_ctx->clifds[i];
170 FD_SET(clifd, readfds);
171 s_srv_ctx->maxfd = (clifd > s_srv_ctx->maxfd ? clifd : s_srv_ctx->maxfd);
172 }
173
174 retval = select(s_srv_ctx->maxfd + 1, readfds, NULL, NULL, &tv);
175
176 if (retval == -1) {
177 fprintf(stderr, "select error:%s.
", strerror(errno));
178 return;
179 }
180
181 if (retval == 0) {
182 fprintf(stdout, "select is timeout.
");
183 continue;
184 }
185
186 if (FD_ISSET(srvfd, readfds)) {
187 /*监听客户端请求*/
188 accept_client_proc(srvfd);
189 } else {
190 /*接受处理客户端消息*/
191 recv_client_msg(readfds);
192 }
193 }
194 }
195
196
197 static void server_uninit()
198 {
199 if (s_srv_ctx) {
200 free(s_srv_ctx);
201 s_srv_ctx = NULL;
202 }
203 }
204
205 static int server_init()
206 {
207 s_srv_ctx = (server_context_st *)malloc(sizeof(server_context_st));
208 if (s_srv_ctx == NULL) {
209 return -1;
210 }
211
212 memset(s_srv_ctx, 0, sizeof(server_context_st));
213
214 int i = 0;
215 for (;i < SIZE; i++) {
216 s_srv_ctx->clifds[i] = -1;
217 }
218
219 return 0;
220 }
221
222 int main(int argc,char *argv[])
223 {
224 int srvfd;
225
226 if (server_init() < 0) {
227 return -1;
228 }
229
230 srvfd = create_server_proc(IPADDR, PORT);
231 if (srvfd < 0) {
232 fprintf(stderr, "socket create or bind fail.
");
233 goto err;
234 }
235
236 handle_client_proc(srvfd);
237
238 return 0;
239
240 err:
241 server_uninit();
242 return -1;
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 #include <errno.h>
11
12 #define MAXLINE 1024
13 #define IPADDRESS "127.0.0.1"
14 #define SERV_PORT 8787
15
16 #define max(a,b) (a > b) ? a : b
17
18 static void handle_recv_msg(int sockfd, char *buf)
19 {
20 printf("client recv msg is:%s
", buf);
21 sleep(5);
22 write(sockfd, buf, strlen(buf) +1);
23 }
24
25 static void handle_connection(int sockfd)
26 {
27 char sendline[MAXLINE],recvline[MAXLINE];
28 int maxfdp,stdineof;
29 fd_set readfds;
30 int n;
31 struct timeval tv;
32 int retval = 0;
33
34 while (1) {
35
36 FD_ZERO(&readfds);
37 FD_SET(sockfd,&readfds);
38 maxfdp = sockfd;
39
40 tv.tv_sec = 5;
41 tv.tv_usec = 0;
42
43 retval = select(maxfdp+1,&readfds,NULL,NULL,&tv);
44
45 if (retval == -1) {
46 return ;
47 }
48
49 if (retval == 0) {
50 printf("client timeout.
");
51 continue;
52 }
53
54 if (FD_ISSET(sockfd, &readfds)) {
55 n = read(sockfd,recvline,MAXLINE);
56 if (n <= 0) {
57 fprintf(stderr,"client: server is closed.
");
58 close(sockfd);
59 FD_CLR(sockfd,&readfds);
60 return;
61 }
62
63 handle_recv_msg(sockfd, recvline);
64 }
65 }
66 }
67
68 int main(int argc,char *argv[])
69 {
70 int sockfd;
71 struct sockaddr_in servaddr;
72
73 sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
74
75 bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
76 servaddr.sin_family = AF_INET;
77 servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
78 inet_pton(AF_INET,IPADDRESS,&servaddr.sin_addr);
79
80 int retval = 0;
81 retval = connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));
82 if (retval < 0) {
83 fprintf(stderr, "connect fail,error:%s
", strerror(errno));
84 return -1;
85 }
86
87 printf("client send to server .
");
88 write(sockfd, "hello server", 32);
89
90 handle_connection(sockfd);
91
92 return 0;
93 }
4、程序结果
启动服务程序，执行三个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/