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2016
08-15

I/O多路转接之select – _in_the_way –

系统提供select函数来实现多路复⽤用输入/输出模型。select系统调用是用来让我们的程序监视 多个文件句柄的状态变化的。程序会停在select这里等待,直到被监视的文件句柄有一个或 多个发生了状态改变。关于文件句柄(socket),其实就是一个整数,我们最熟悉的句柄是0、1、2三 个,0是标准输入,1是标准输出,2是标准错误输出。0、1、2是整数表⽰示的,对应的FILE * 结构的表⽰示就是stdin、stdout、stderr。

I (状态)那个文件描述符上的读事件就绪,O (状态)那个文件描述符上的写事件就绪。

select函数

参数nfds是需要监视的最大的文件描述符值+1;
readfds,writefds,exceptfds000000
分别对应于需要检测的可读文件描述符的集合,可写文件描述符的集 合及异 常文件描述符的集合,都是输入输出型参数。
例如:fd_set 问件描述符集,设置readfds 说明 select 当前关心那些文件描述上的读事件,返回时,readfds 值表名有哪些文件描述符上的读事件已经就序;

下面的宏提供了处理这三种描述词组的方式:

FD_CLR(inr fd,fd_set* set);用来清除描述词组set中相关fd 的位
FD_ISSET(int fd,fd_set *set);用来测试描述词组set中相关fd 的位是否为真
FD_SET(int fd,fd_set*set);⽤用来设置描述词组set中相关fd的位

FD_ZERO(fd_set *set);用来清除描述词组set的全部位

struct timeval结构用于描述一段时间长度,如果在这个时间内,需要监视的描述符没有事件 发⽣生则函数返回,返回值为0。
参数timeout为结构timeval,⽤用来设置select()的等待时间,其结构定义如下:

如果参数timeout设为: NULL:则表⽰示select()没有timeout,select将⼀一直被阻塞,直到某个⽂文件描述符上发⽣生了 事件。
0:仅检测描述符集合的状态,然后⽴立即返回,并不等待外部事件的发⽣生。
特定的时间值:如果在指定的时间段⾥里没有事件发⽣生,select将超时返回。

函数返回值:
执⾏行成功则返回⽂文件描述词状态已改变的个数
如果返回0代表在描述词状态改变前已超过timeout时间,没有返回;
当有错误发⽣生时则返回-1,错误原因存于errno,此时参数readfds,writefds,exceptfds和 timeout的值变成不可预测。
错误值可能为:
EBADF ⽂文件描述词为⽆无效的或该⽂文件已关闭
EINTR 此调⽤用被信号所中断 EINVAL 参数n 为负值。
ENOMEM 核⼼心内存不足

理解select模型:
理解select模型的关键在于理解fd_set,为说明方便,取fd_set长度为1字节,fd_set中的每⼀一bit 可以对应⼀一个⽂文件描述符fd。则1字节长的fd_set最⼤大可以对应8个fd。
(1)执行fd_set set; FD_ZERO(&set);则set用位表示是0000,0000。
(2)若fd=5,执行FD_SET(fd,&set);后set变为0001,0000(第5位置为1)
(3)若再加入fd=2,fd=1,则set变为0001,0011
(4)执行select(6,&set,0,0,0)阻塞等待
(5)若fd=1,fd=2上都发生可读事件,则select返回,此时set变为0000,0011。
注意:没有事件 发生的fd=5被清空。  

基于上面的讨论,可以轻松得出select模型的特点:   
(1)可监控的文件描述符个数取决与sizeof(fd_set)的值。我这边服务 器上sizeof(fd_set)= 512,每bit表示个文件描述符,则我服务器上支持的最大文件描述符是512*8=4096。据说 可调,另有说虽 然可调,但调整上限受于编译内核时的变量值。 (2)将fd加入select监控集的同时,还要再使用一个数据结构array保存放到select监控集 中的fd,一是用于再select 返回后,array作为源数据和fd_set进行FD_ISSET判断。二是select 返回后会把以前加入的但并无事件发生的fd清空,则每次开始 select前都要重新从array取得fd 逐一加入(FD_ZERO最先),扫描array的同时取得fd最大值maxfd,用于select的第一个 参 数。   
(3)可见select模型必须在select前循环array(加fd,取maxfd),select返回后循环array (FD_ISSET判断是否有时间发生)。

select缺点:
(1)每次调用select,都需要把fd集合从用户态拷贝到内核态,这个开销在fd很多时会很大
(2)同时每次调⽤用select都需要在内核遍历传递进来的所有fd,这个开销在fd很多时也很大
(3)select支持的文件描述符数量太小了,默认是1024

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<netinet/in.h>
#include<assert.h>
#include<unistd.h>

int fds[64];
const int back_log=5;
void usage(char* argv)
{
printf("%s:[ip][port]\n",argv);
}
int start_up(char* ip,int port) //创建一个套接字,绑定,检测服务器
{
//sock
int sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); //创建套接字
if(sock<0)
{
perror("sock");
exit(0);
}
struct sockaddr_in local; //本地 sockaddr_in 结构体
local.sin_port=htons(port);
local.sin_family=AF_INET;
local.sin_addr.s_addr=inet_addr(ip);

//bind
if(bind(sock,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local))<0) //绑定
{
perror("bind");
exit(1);
}
//listen
if(listen(sock,back_log)<0) //检测服务器
{
perror("sock");
exit(1);
}
return sock;
}
int main(int argc,char* argv[])
{
if(argc!=3) //检测参数个数是否正确
{
usage(argv[0]);
exit(1);
}
int port=atoi(argv[2]);
char* ip=argv[1];

int done=0;
int new_sock=-1;
int listen_sock=start_up(ip,port); //创建一个绑定了本地 ip 和端口号的套接字描述符
struct sockaddr_in client;
socklen_t len=sizeof(client);

int max_fd = -1; //文件描述符最大值
fd_set _reads; //_reads文件描述符集
fd_set _writes; //_writes文件描述符集

int i=0;
int fds_num=sizeof(fds)/sizeof(fds[0]); //文件描述符的数组
for(i=0;i<fds_num;i++) //初始化文件描述符数组
{
fds[i]=-1;
}
fds[0]=listen_sock; //将listen_sock写入文件描述符数组之中

while(!done)
{
FD_ZERO(&_reads); //每次循环把_reads,_writes初始化(输入、输出 参数)
FD_ZERO(&_writes);
struct timeval _timeout={5,0}; //设置等待时间
for(i=0;i<fds_num;i++)
{
if(fds[i]>0)
{
FD_SET(fds[i],&_reads); //select要监听的套接字描述符 加到文件描述符集中
if(fds[i]>max_fd)
{
max_fd=fds[i];
}
}
}
switch(select(max_fd+1,&_reads,&_writes,NULL,&_timeout)) //_reads,_writes,_timeout 输入,输出参数
{
case 0: //select输出0 ,表示监听超时
printf("timeout\n");
break;
case -1: //select出错
perror("select");
break;
default: //_reads(输入输出型参数)文件描述符集中有 OK 的
{
for(i=0;i<fds_num;i++)
{
if(fds[i]==listen_sock&&FD_ISSET(fds[i],&_reads)) //select 关注的迎宾 socket 描述符已就绪
{
new_sock=accept(listen_sock,(struct sockaddr*)&client,&len); //创建新的 socket 描述符

if(new_sock<0)
{
perror("new_sock");
continue;
}
printf("get connection…%ld\n",new_sock);
for(i=0;i<fds_num;i++) //将新的 socket 描述符安排在数组中未被占用的最小位置
{
if(fds[i]==-1)
{
fds[i]=new_sock;
break;
}
}
if(i==fds_num) //文件描述符个数已达到最大值则忽略
{
close(new_sock);
}
}

else if(fds[i]>0&&FD_ISSET(fds[i],&_reads)) //select 关注的普通的 socket 描述符
{
char buf[1024];
ssize_t _s=read(fds[i],buf,sizeof(buf)-1);
if(_s>0)
{
buf[_s]='\0';
printf("%s\n",buf);
}
else if(_s==0)
{
fds[i] = -1; //在 _read 文件描述符数组中去掉
printf("client closed\n");
}
else
{
perror("read");
}
}
else
{}
}
}
}
}
return 0;
}

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作者:
这个作者貌似有点懒,什么都没有留下。

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