网络通信IO多路复用之一：Select

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网络通信IO多路复用之一：Select

网络通信IO多路复用之二：Poll

网络通信IO多路复用之三：ePoll

网络通信IO多路复用之四：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：

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

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

#define IPADDRESS   "127.0.0.1"
#define PORT        8787
#define MAXLINE     1024
#define LISTENQ     5

//函数声明
//创建套接字并进行绑定
static int socket_bind(const char* ip,int port);
//IO多路复用select
static void do_select(int listenfd);
//处理多个连接
static void handle_connection(int *connfds,int num,fd_set *prset,fd_set *pallset);

int main(int argc,char *argv[])
{
    int  listenfd,connfd,sockfd;
    struct sockaddr_in cliaddr;
    socklen_t cliaddrlen;
    listenfd = socket_bind(IPADDRESS,PORT);
    listen(listenfd,LISTENQ);
    do_select(listenfd);
    return 0;
}

static int socket_bind(const char* ip,int port)
{
    int  listenfd;
    struct sockaddr_in servaddr;
    listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if (listenfd == -1)
    {
        perror("socket error:");
        exit(1);
    }
    bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    inet_pton(AF_INET,ip,&servaddr.sin_addr);
    servaddr.sin_port = htons(port);
    if (bind(listenfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) == -1)
    {
        perror("bind error: ");
        exit(1);
    }
    return listenfd;
}

static void do_select(int listenfd)
{
    int  connfd,sockfd;
    struct sockaddr_in cliaddr;
    socklen_t cliaddrlen;
    fd_set  rset,allset;
    int maxfd,maxi;
    int i;
    int clientfds[FD_SETSIZE];  //保存客户连接描述符
    int nready;
    //初始化客户连接描述符
    for (i = 0;i < FD_SETSIZE;i++)
        clientfds[i] = -1;
    maxi = -1;
    FD_ZERO(&allset);
    //添加监听描述符
    FD_SET(listenfd,&allset);
    maxfd = listenfd;
    //循环处理
    for ( ; ; )
    {
        rset = allset;
        //获取可用描述符的个数
        nready = select(maxfd+1,&rset,NULL,NULL,NULL);
        if (nready == -1)
        {
            perror("select error:");
            exit(1);
        }
        //测试监听描述符是否准备好
        if (FD_ISSET(listenfd,&rset))
        {
            cliaddrlen = sizeof(cliaddr);
            //接受新的连接
            if ((connfd = accept(listenfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&cliaddrlen)) == -1)
            {
                if (errno == EINTR)
                    continue;
                else
                {
                   perror("accept error:");
                   exit(1);
                }
            }
            fprintf(stdout,"accept a new client: %s:%d\n", inet_ntoa(cliaddr.sin_addr),cliaddr.sin_port);
            //将新的连接描述符添加到数组中
            for (i = 0;i <FD_SETSIZE;i++)
            {
                if (clientfds[i] < 0)
                {
                    clientfds[i] = connfd;
                    break;
                }
            }
            if (i == FD_SETSIZE)
            {
                fprintf(stderr,"too many clients.\n");
                exit(1);
            }
            //将新的描述符添加到读描述符集合中
            FD_SET(connfd,&allset);
            //描述符个数
            maxfd = (connfd > maxfd ? connfd : maxfd);
            //记录客户连接套接字的个数
            maxi = (i > maxi ? i : maxi);
            if (--nready <= 0)
                continue;
        }
        //处理客户连接
        handle_connection(clientfds,maxi,&rset,&allset);
    }
}

static void handle_connection(int *connfds,int num,fd_set *prset,fd_set *pallset)
{
    int i,n;
    char buf[MAXLINE];
    memset(buf,0,MAXLINE);
    for (i = 0;i <= num;i++)
    {
        if (connfds[i] < 0)
            continue;
        //测试客户描述符是否准备好
        if (FD_ISSET(connfds[i],prset))
        {
            //接收客户端发送的信息
            n = read(connfds[i],buf,MAXLINE);
            if (n == 0)
            {
                close(connfds[i]);
                FD_CLR(connfds[i],pallset);
                connfds[i] = -1;
                continue;
            }
            printf("read msg is: ");
            write(STDOUT_FILENO,buf,n);
            //向客户端发送buf
            write(connfds[i],buf,n);
        }
    }
}

客户端程序如下：

#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/select.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>

#define MAXLINE     1024
#define IPADDRESS   "127.0.0.1"
#define SERV_PORT   8787

#define max(a,b) (a > b) ? a : b

static void handle_connection(int sockfd);

int main(int argc,char *argv[])
{
    int                 sockfd;
    struct sockaddr_in  servaddr;
    sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
    inet_pton(AF_INET,IPADDRESS,&servaddr.sin_addr);
    connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));
    //处理连接描述符
    handle_connection(sockfd);
    return 0;
}

static void handle_connection(int sockfd)
{
    char    sendline[MAXLINE],recvline[MAXLINE];
    int     maxfdp,stdineof;
    fd_set  rset;
    int n;
    FD_ZERO(&rset);
    for (; ;)
    {
        //添加标准输入描述符
        FD_SET(STDIN_FILENO,&rset);
        //添加连接描述符
        FD_SET(sockfd,&rset);
        maxfdp = max(STDIN_FILENO,sockfd);
        //进行轮询
        select(maxfdp+1,&rset,NULL,NULL,NULL);
        //测试连接套接字是否准备好
        if (FD_ISSET(sockfd,&rset))
        {
            n = read(sockfd,recvline,MAXLINE);
            if (n == 0)
            {
                    fprintf(stderr,"client: server is closed.\n");
                    close(sockfd);
                    FD_CLR(sockfd,&rset);
            }
            write(STDOUT_FILENO,recvline,n);
        }
        //测试标准输入是否准备好
        if (FD_ISSET(STDIN_FILENO,&rset))
        {
            n = read(STDIN_FILENO,sendline,MAXLINE);
            if (n  == 0)
            {
                FD_CLR(STDIN_FILENO,&rset);
                continue;
            }
            write(sockfd,sendline,n);
        }
    }
}

#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/

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