Linux下select的用法--实现一个简单的回射服务器程序

1、先看man手册

SYNOPSIS
       /* According to POSIX.1-2001 */
       #include <sys/select.h>
       /* According to earlier standards */
       #include <sys/time.h>
       #include <sys/types.h>
       #include <unistd.h>
       int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,
                  fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
       void FD_CLR(int fd, fd_set *set);
       int  FD_ISSET(int fd, fd_set *set);
       void FD_SET(int fd, fd_set *set);
       void FD_ZERO(fd_set *set);
    
    // 关于第5个参数
        struct timeval {
               long    tv_sec;         /* seconds */
               long    tv_usec;        /* microseconds */
           };

2. 函数说明：可以同时监控多个文件描述符是否发生了读写或者异常。（有点像windows下的waitformultipleobjects，可以同时等待多个事件）
参数说明：
1）nfds：要监控的文件描述符的最大值加1，这个值不能错。
2）readfds：指向fd_set的指针。这是一个集合，专门用于监视读取数据的。所有需要监控读取数据的描述符都需要放进这个集合中。比如你需要监控4描述符的读取数据，就把4放进这个集合之中。
3）writefds：同上，这里是专门监视写的集合
4）exceptfds：同上，这里是专门监视异常的集合
5）timeout：超时。指向的timeval 结构体。
如果参数设为NULL，则select是阻塞的。
如果不为空，则表示超时时间（当结构体里面的成员都设为0时，表示不阻塞，立即返回）。

重要说明：
第2-4个参数是输入输出参数，select返回时会将哪个文件描述符放到这个集合中。
比如我们监控了fd=5的描述符的读取数据操作，当发生了读取操作时，select则会返回，通过第二个参数可以获取5发生了读操作。用FD_ISSET();实现。 
返回值：
<0：表示出错
>0：等到了我们需要的事件
=0：表示超时了

3.fd_set说明
这是一个文件描述符的集合。
有几个宏可以对这个集合进行操作。
void FD_CLR(int fd, fd_set *set);  // 将集合中指定的fd移除
int FD_ISSET(int fd, fd_set *set); // 判断fd是否在set集合中
void FD_SET(int fd, fd_set *set); // 将fd插入集合中
void FD_ZERO(fd_set *set); // 将集合里面的数据清空

4.实例1：这个例子用来监控标准输入：

#include<sys/select.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include<stdio.h>
int fun()
{
    int ret = 0, nready = 0;
    fd_set rset;
    FD_ZERO(&rset); // 清空操作
    int fd_stdin = fileno(stdin);
    int maxfd = fd_stdin;
    char readbuf[1024] = {0};
    struct timeval tv;
    tv.tv_sec = 10;
    tv.tv_usec = 0;
    while(1)
    {
        FD_SET(fd_stdin, &rset); // 需要重新设置，因为select每次返回会改变里面的值
        //nready = select(maxfd+1, &rset, NULL, NULL, &tv);// 有超时
        nready = select(maxfd+1, &rset, NULL, NULL, NULL);
        if(nready <= 0)
        {
            //printf();
            break;
        }
        if(FD_ISSET(fd_stdin, &rset)) // rset也是输出参数，这里判断是否是fd_stdin发生了读操作
        {
            int i = read(fd_stdin, readbuf, sizeof(readbuf));
            //printf("recv STDIN read:%d
", i);
            if(i > 0)
            {
                printf("STDIN buf:%s
", readbuf);
            }
            memset(readbuf, 0, sizeof(readbuf));
        }
    }
    
    printf("fun() ---, nready = %d
", nready);
}
int main()
{
    printf("stdin:%d, stdout:%d, stderr:%d
", fileno(stdin), fileno(stdout), fileno(stderr)); // 这个是其他知识    
    fun();
}

5.实例2（回射服务器）：
我实现了一个socket服务器和客户端程序。server可以直接在终端中发送数据给client。client可以在终端中显示，也可以用标准输入直接发送回去。
所以在client的程序中，用select同时监控server的socket和标准输入，当有任意一个发生读取数据时都进行处理。
server.c 接收client的连接，并且收到client的数据原封不动的发送回去。可以接收多个client的连接。能同时处理多个client发送的数据。

先看server.c:

#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<sys/select.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>

#define CLIENTCOUNT 100
int main(int argc, char **argv)
{
    int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(listenfd < 0)
    {
        perror("socket");
        return -1;
    }   
    unsigned short sport = 8080;
    if(argc == 2)
    {
        sport = atoi(argv[1]);
    }
    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family = AF_INET;
    printf("port = %d
", sport);
    addr.sin_port = htons(sport);
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");  
    if(bind(listenfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) < 0)
    {
        perror("bind");
        return -2;
    }
    if(listen(listenfd, 20) < 0)
    {
        perror("listen");
        return -3;
    }
    struct sockaddr_in connaddr;
    int len = sizeof(connaddr);
    
    int i = 0, ret = 0;
    int client[CLIENTCOUNT];
    for(i = 0; i<CLIENTCOUNT; i++)  // 将连接上client的描述符放到一个数组里，这里对数组进行初始化。-1表示空闲
        client[i] = -1;
    fd_set rset;
    fd_set allset;
    FD_ZERO(&rset);    
    FD_ZERO(&allset);    
    FD_SET(listenfd, &allset);
    int maxfd = listenfd;
    int nready = 0;
    char buf[1024] = {0};
    /* 
      这里很巧妙的是用到了两个fd_set。因为rset会发生改变。我们管理处理好allset就好了。
      每次循环开始都将allset赋值给rset。
      当有client连接时，加入到allset中。有client关闭时就从allset中移除 
    */
    while(1)
    {
        rset = allset;
        nready = select(maxfd+1, &rset, NULL, NULL, NULL);
        if(nready == -1)
        {
            perror("select");
                return -3;
        }
        if(nready == 0)
            continue;
        if(FD_ISSET(listenfd, &rset)) // 这里用来监听 监听套接字，就是listenfd
        {
            int conn = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&connaddr, &len);
            if(conn < 0)
            {
                perror("accept");
                return -4;
            }
            char strip[64] = {0};
            char *ip = inet_ntoa(connaddr.sin_addr);
            strcpy(strip, ip);
            printf("new client connect, conn:%d,ip:%s, port:%d
", conn, strip,ntohs(connaddr.sin_port));
            
            FD_SET(conn, &allset); // 将连接上的套接字加入到allset中去
            if(maxfd < conn) // update maxfd
                maxfd = conn;    

            int i = 0;
            for(i = 0; i<CLIENTCOUNT; i++)
            {
                if(client[i] == -1)
                {
                    client[i] = conn; // 将conn存进client数组中取去
                    break;
                }
            }
            if(i == CLIENTCOUNT)
            {
                printf("to many client connect
");
                exit(0);
            }
            if(--nready <= 0)
                continue;
        }

        for(i = 0; i < CLIENTCOUNT; i++) // 这里处理客户端发送过来的数据，逐个处理所有的套接字
        {
            if(client[i] == -1)
                continue;
            if(FD_ISSET(client[i], &rset)) 
            {
                ret = read(client[i], buf, sizeof(buf));
                if(ret == -1)
                {
                    perror("read");
                    return -4;
                }
                else if(ret == 0) // 表示client关闭了
                {
                    printf("client close remove:%d
", client[i]);
                    FD_CLR(client[i], &allset); // 在allset中移除它
                    close(client[i]); // 同时也要关闭
                    client[i] = -1;  // 要在这里移除，这步非常重要。
                }
                
                // fputs(buf, stdout);
                printf("client%d:%s
", client[i], buf);
                write(client[i], buf, sizeof(buf)); // 发送数据给client
                memset(buf, 0, sizeof(buf));
                if(--nready <= 0)
                    continue;
            }
        }        
    }

    close(listenfd);
    return 0;
}

关于while(1)循环里面的理解：
1）先将listenfd加入监听队列
2）如果有client连接，就将连接套接字加入allset
3）然后重新监听rset（allset会赋值给它）。这样就相当于监听了client和listenfd
4）如果select又返回，若是listenfd，则重复上面的步骤
5）如果是client发来了数据，read返回不为0则打印出来，再发送回去。若read返回0，则表示client关闭了。就把对应文件描述符从allset中移除。同时关闭它。也要更新那个数组client。如果不更新for循环会出错

接着来看客户端：
client.c:

#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<sys/select.h>

#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>

void select_test(int conn)
{
    int ret = 0;
    fd_set rset;
    FD_ZERO(&rset);

    int nready;
    int maxfd = conn;
    int fd_stdin = fileno(stdin);
    if(fd_stdin > maxfd)
    {
        maxfd = fd_stdin;
    }

    int len = 0;
    char readbuf[1024] = {0};
    char writebuf[1024] = {0};
    while(1)
    {
        FD_ZERO(&rset);
        FD_SET(fd_stdin, &rset);
        FD_SET(conn, &rset);
        nready = select(maxfd+1, &rset, NULL, NULL, NULL); // 同时监听标准输入和服务器。
        if(nready == -1)
        {
            perror("select");
            exit(0);
        }
        else if(nready == 0)
        {
            continue;    
        }

        if(FD_ISSET(conn, &rset)) // 服务器来了数据
        {
            ret = read(conn, readbuf, sizeof(readbuf));
            if(ret == 0)
            {
                printf("server close1
");
                break;
            }
            else if(-1 == ret)
            {
                perror("read1");
                break;
            }    

            fputs(readbuf, stdout);
            memset(readbuf, 0, sizeof(readbuf));
        }    
        
        if(FD_ISSET(fd_stdin, &rset)) // 标准输入来了数据就发送给server
        {    
            read(fd_stdin, writebuf, sizeof(writebuf));        
            len = strlen(writebuf);
            ret = write(conn, writebuf, len);
            if(ret == 0)
            {
                printf("server close3
");
                break;
            }
            else if(-1 == ret)
            {
                perror("write");
                break;
            }

            memset(writebuf, 0, sizeof(writebuf));    
        }
    }
}

int sockfd = 0;
int main(int argc, char **argv)
{
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(sockfd < 0)
    {
        perror("socket");
        return -1;
    }
        
    unsigned short sport = 8080;
    if(argc == 2)
    {
        sport = atoi(argv[1]);
    }
    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family = AF_INET;
    printf("port = %d
", sport);
    addr.sin_port = htons(sport);
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");

    if(connect(sockfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) < 0)
    {
        perror("connect");
        return -2;
    }

    struct sockaddr_in addr2;
    socklen_t len = sizeof(addr2);
    if(getpeername(sockfd, (struct sockaddr*)&addr2, &len) < 0)
    {
        perror("getsockname");
        return -3;
    }

    printf("Server: port:%d, ip:%s
", ntohs(addr2.sin_port), inet_ntoa(addr2.sin_addr));

    select_test(sockfd);

    close(sockfd);
    return 0;
}

运行：

先运行服务器程序，再启动客户端程序，通过标准输入给server发送数据。server会回射回来。

这个服务器可以同时处理多个客户端的数据。

6. 用select可以实现在单进程中同时处理多个文件描述符的事件。

7.读、写、异常事件发生的条件

可读：
1）套接口缓冲区有数据可读
2）连接的读一半关闭，即接收到FIN段，读操作返回0
3）如果是监听套接口，已完成连接队列不为空时
4）套接口上发生了一个错误待处理，错误可以同getsetopt指定SO_ERROR选项来获取

可写：
1）套接口发送缓冲区有空间容纳数据
2）连接的写一半关闭，即接收到RET段，再次调用write操作
3）套接口上发生了一个错误待处理，错误可以同getsetopt指定SO_ERROR选项来获取

异常：
1）套接口存在带外数据