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  • I/o复用之select

    I/O复用概述

    解决进程或线程阻塞到某个 I/O 系统调用而出现的技术，使进程不阻塞于某个特定的 I/O 系统调用

    I/O复用使用的场合：

    1.当处理多个描述符的时候，需要用到i/o复用

    2.tcp服务器既要处理监听套接字，又要处理已连接套接字，一般要使用I/O复用。

    3.如果一个服务器既要处理tcp又要处理udp，一般要使用I/O复用。

    4.如果一个服务器要处理多个服务或多个服务时，一般要使用I/O复用。

    I/O复用常用函数：

    select、poll

    select()函数

    select函数介绍：

    int select(int maxfd, fd_set *readset, fd_set *writeset, fd_set *exceptset, const struct timeval *timeout);
    功能：轮询扫描多个描述符中的任一描述符是否发生响应，或经过一段时间后唤醒
    参数：
    参数 名称 说明
    maxfd 指定要检测的描述符的范围 所检测描述符最大值+1
    readset 可读描述符集 监测该集合中的任意描述符是否有数据可读
    writeset 可写描述符集 监测该集合中的任意描述符是否有数据可写
    exceptset 异常描述符集 监测该集合中的任意描述符是否发生异常
    timeout 超时时间 超过规定时间后唤醒

    返回值：0：超时

    -1：出错

    >0：准备好的文件描述符数量

    头文件：

     
    1. #include <sys/select.h>  
    2. #include <sys/time.h>  

     超时时间：

     
    1. //该结构体表示等待超时的时间  
    2. struct timeval{  
    3.     long tv_sec;//秒  
    4.     long tv_usec;//微秒  
    5. };  
    6.   
    7. //比如等待10.2秒  
    8. struct timeval timeout;  
    9. timeoout.tv_sec = 10;  
    10. timeoout.tv_usec = 200000;  
    11.   
    12. //将select函数的timeout参数设置为NULL则永远等待  



    描述符集合的操作：

    select()函数能对多个文件描述符进行监测，如果一个参数对应一个描述符，那么select函数的4个参数最多能监测4个文件描述，那他如何实现对多个文件描述符的监测的呢？

    大家想一想文件描述符基本具有3种特性（读、写、异常），如果我们统一将监测可读的描述符放入可读集合（readset），监测可写的描述符放入可写集合（writeset），监测异常的描述符放入异常集合（exceptset）。然后将这3个集合传给select函数，是不是就可监测多个描述符呢.

    如何将某个描述符加入到特定的集合中呢？这时就需要了解下面的集合操作函数

     
    1. /初始化描述符集  
    2. void FD_ZERO(fd_set *fdset);  
    3.   
    4. //将一个描述符添加到描述符集  
    5. void FD_SET(int fd, fd_set *fdset);  
    6.   
    7. //将一个描述符从描述符集中删除  
    8. void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);  
    9.   
    10. //检测指定的描述符是否有事件发生  
    11. int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);  

    select()函数整体使用框架：

    例子：检测 0、4、5 描述符是否准备好读
     
    1. while(1)  
    2. {  
    3.     fd_set rset;//创建一个描述符集rset  
    4.     FD_ZERO(&rset);//对描述符集rset清零  
    5.     FD_SET(0, &rset);//将描述符0加入到描述符集rset中  
    6.     FD_SET(4, &rset);//将描述符4加入到描述符集rset中  
    7.     FD_SET(5, &rset);//将描述符5加入到描述符集rset中  
    8.       
    9.     if(select(5+1, &rset, NULL, NULL, NULL) > 0)  
    10.     {  
    11.         if(FD_ISSET(0, &rset))  
    12.         {  
    13.             //描述符0可读及相应的处理代码  
    14.         }  
    15.           
    16.         if(FD_ISSET(4, &rset))  
    17.         {  
    18.             //描述符4可读及相应的处理代码  
    19.         }  
    20.         if(FD_ISSET(5, &rset))  
    21.         {  
    22.             //描述符5可读及相应的处理代码  
    23.         }  
    24.     }  
    25. }  



    select函数的应用对比

    我们通过udp同时收发的例子来说明select的妙处。

    对于udp同时收发立马想到的是一个线程收、另一个线程发，下面的代码就是通过多线程来实现

    1. #include <string.h>  
    2. #include <stdio.h>  
    3. #include <stdlib.h>  
    4. #include <unistd.h>  
    5. #include <sys/select.h>  
    6. #include <sys/time.h>  
    7. #include <sys/socket.h>  
    8. #include <netinet/in.h>  
    9. #include <arpa/inet.h>  
    10. #include <pthread.h>  
    11.   
    12. //接收线程：负责接收消息并显示  
    13. void *recv_thread(void* arg)  
    14. {  
    15.     int udpfd = (int)arg;  
    16.     struct sockaddr_in addr;  
    17.     socklen_t addrlen = sizeof(addr);  
    18.       
    19.     bzero(&addr,sizeof(addr));  
    20.     while(1)  
    21.     {  
    22.         char buf[200]  = "";  
    23.         char ipbuf[16] = "";  
    24.         recvfrom(udpfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr*)&addr, &addrlen);  
    25.         printf(" 33[31m[%s]:33[32m%s ",inet_ntop(AF_INET,&addr.sin_addr,ipbuf,sizeof(ipbuf)),buf);  
    26.         write(1,"UdpQQ:",6);  
    27.     }  
    28.     return NULL;  
    29. }  
    30.   
    31. int main(int argc,char *argv[])  
    32. {  
    33.     char buf[100] = "";  
    34.     int  udpfd = 0;  
    35.     pthread_t tid;  
    36.     struct sockaddr_in addr;  
    37.     struct sockaddr_in cliaddr;  
    38.       
    39.     //对套接字地址进行初始化  
    40.     bzero(&addr,sizeof(addr));  
    41.     addr.sin_family = AF_INET;  
    42.     addr.sin_port   = htons(8000);  
    43.     addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);  
    44.   
    45.     bzero(&cliaddr,sizeof(cliaddr));      
    46.     cliaddr.sin_family = AF_INET;  
    47.     cliaddr.sin_port   = htons(8000);  
    48.   
    49.     //创建套接口  
    50.     if( (udpfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM, 0)) < 0)  
    51.     {  
    52.         perror("socket error");  
    53.         exit(-1);  
    54.     }  
    55.       
    56.     //设置端口  
    57.     if(bind(udpfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) < 0)  
    58.     {  
    59.         perror("bind error");  
    60.         close(udpfd);         
    61.         exit(-1);  
    62.     }  
    63.       
    64.     printf("input: "sayto 192.168.221.X" to sendmsg to somebody ");  
    65.     //创建接收线程  
    66.     pthread_create(&tid, NULL, recv_thread, (void*)udpfd); //创建线程  
    67.     printf("33[32m"); //设置字体颜色  
    68.     fflush(stdout);  
    69.       
    70.     while(1)  
    71.     {     
    72.         //主线程负责发送消息  
    73.         write(1,"UdpQQ:",6);//1 表示标准输出  
    74.         fgets(buf, sizeof(buf), stdin); //等待输入  
    75.         buf[strlen(buf) - 1] = '';    //确保输入的最后一位是''  
    76.         if(strncmp(buf, "sayto", 5) == 0)  
    77.         {  
    78.             char ipbuf[INET_ADDRSTRLEN] = "";  
    79.             inet_pton(AF_INET, buf+6, &cliaddr.sin_addr);//给addr套接字地址再赋值.  
    80.             printf(" connect %s successful! ",inet_ntop(AF_INET,&cliaddr.sin_addr,ipbuf,sizeof(ipbuf)));  
    81.             continue;  
    82.         }  
    83.         else if(strncmp(buf, "exit",4) == 0)  
    84.         {  
    85.             close(udpfd);  
    86.             exit(0);  
    87.         }  
    88.           
    89.         sendto(udpfd, buf, strlen(buf),0,(struct sockaddr*)&cliaddr, sizeof(cliaddr));  
    90.     }  
    91.       
    92.     return 0;  
    93. }  
      1. #include <string.h>  
      2. #include <stdio.h>  
      3. #include <stdlib.h>  
      4. #include <unistd.h>  
      5. #include <sys/select.h>  
      6. #include <sys/time.h>  
      7. #include <sys/socket.h>  
      8. #include <netinet/in.h>  
      9. #include <arpa/inet.h>  
      10.   
      11. int main(int argc,char *argv[])  
      12. {  
      13.     int udpfd = 0;  
      14.     struct sockaddr_in saddr;  
      15.     struct sockaddr_in caddr;  
      16.   
      17.     bzero(&saddr,sizeof(saddr));  
      18.     saddr.sin_family = AF_INET;  
      19.     saddr.sin_port   = htons(8000);  
      20.     saddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);  
      21.       
      22.     bzero(&caddr,sizeof(caddr));  
      23.     caddr.sin_family  = AF_INET;  
      24.     caddr.sin_port    = htons(8000);  
      25.       
      26.     //创建套接字  
      27.     if( (udpfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM, 0)) < 0)  
      28.     {  
      29.         perror("socket error");  
      30.         exit(-1);  
      31.     }  
      32.       
      33.     //套接字端口绑字  
      34.     if(bind(udpfd, (struct sockaddr*)&saddr, sizeof(saddr)) != 0)  
      35.     {  
      36.         perror("bind error");  
      37.         close(udpfd);         
      38.         exit(-1);  
      39.     }  
      40.   
      41.     printf("input: "sayto 192.168.220.X" to sendmsg to somebody33[32m ");    
      42.     while(1)  
      43.     {     
      44.         char buf[100]="";     
      45.         fd_set rset;    //创建文件描述符的聚合变量    
      46.         FD_ZERO(&rset); //文件描述符聚合变量清0  
      47.         FD_SET(0, &rset);//将标准输入添加到文件描述符聚合变量中  
      48.         FD_SET(udpfd, &rset);//将udpfd添加到文件描述符聚合变量中        
      49.         write(1,"UdpQQ:",6);  
      50.           
      51.         if(select(udpfd + 1, &rset, NULL, NULL, NULL) > 0)  
      52.         {  
      53.             if(FD_ISSET(0, &rset))//测试0是否可读写  
      54.             {                 
      55.                 fgets(buf, sizeof(buf), stdin);  
      56.                 buf[strlen(buf) - 1] = '';  
      57.                 if(strncmp(buf, "sayto", 5) == 0)  
      58.                 {  
      59.                     char ipbuf[16] = "";  
      60.                     inet_pton(AF_INET, buf+6, &caddr.sin_addr);//给addr套接字地址再赋值.  
      61.                     printf(" say to %s ",inet_ntop(AF_INET,&caddr.sin_addr,ipbuf,sizeof(ipbuf)));  
      62.                     continue;  
      63.                 }  
      64.                 else if(strcmp(buf, "exit")==0)  
      65.                 {  
      66.                     close(udpfd);  
      67.                     exit(0);  
      68.                 }  
      69.                 sendto(udpfd, buf, strlen(buf),0,(struct sockaddr*)&caddr, sizeof(caddr));  
      70.             }  
      71.             if(FD_ISSET(udpfd, &rset))//测试udpfd是否可读写  
      72.             {  
      73.                 struct sockaddr_in addr;  
      74.                 char ipbuf[INET_ADDRSTRLEN] = "";  
      75.                 socklen_t addrlen = sizeof(addr);  
      76.                   
      77.                 bzero(&addr,sizeof(addr));  
      78.                   
      79.                 recvfrom(udpfd, buf, 100, 0, (struct sockaddr*)&addr, &addrlen);  
      80.                 printf(" 33[31m[%s]:33[32m%s ",inet_ntop(AF_INET,&addr.sin_addr,ipbuf,sizeof(ipbuf)),buf);  
      81.             }  
      82.         }  
      83.     }  
      84.       
      85.     return 0;  
      86. }  
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