I/O多路转接之select

    I/O多路转接之select

  作用：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。

  

  函数原型：

     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 

  fd_set结构体是文件描述符集，该结构体实际上是一个整型数组，数组中的每个元素的每一位标记一个文件描述符。fd_set能容纳的文件描述符 数量由FD_SETSIZE指定，一般情况下，FD_SETSIZE等  于1024，这就限制了select能同时处理的文件描述符的总量。

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。

函数返回值：

 1、执行成功则返回文件描述词状态已改变的个数；

 2、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；

 3、当有错误发生时则返回-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 文件描述词为无效的或该文件已关闭

EINTR 此调用被信号所中断 EINVAL 参数n 为负值。

ENOMEM 核心内存不足

说明：

   1、select只负责等待IO，不负责对IO进行操作，由recv/send等函数进行

   2、select一共有两次系统调用：1）select系统调用 2）recvfrom系统调用

select的优点：

  select模型是Windows sockets中最常见的I/O模型，它利用select实现I/O管理，通过对select函数的调用，应用程序可以判断套接字是否存在数据、能否向该套接字写入数据。

  如：在调用recv函数之前，先调用select函数，如果系统中没有可读的数据，那么select函数就会阻塞在这里。当系统中存在可读和可写的数据时，select函数返回，就可以调用recv函数接受数据了。

  可以看出select模型，需要两次调用函数。第一次调用select函数和第二次调用socket API。使用该模式的1好处是：可以等待多个套接字。

select的缺点：

  1、最大并发数限制：使用32个整数的32位，即32*32=1024来标示fd；

  2、效率低，每次都会线性的扫描整个fd_set，集合越大速度越慢

  3、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。

使用select编写网络服务器

代码：

/**************************************************************************

    >file name:my_select.c

    >author:Comedly

    >create time:2016-8-7

**************************************************************************/

#include<stdio.h>

#include<sys/types.h>

#include<sys/socket.h>

#include<sys/select.h>

#include<netinet/in.h>

#include<arpa/inet.h>

#include<unistd.h>

#include<stdlib.h>

#include<string.h>

int fds[64];

const int fds_nums = sizeof(fds)/sizeof(fds[0]);

static int startup(const char* ip,int port)

{

    int sock = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

    if(sock < 0)

    {

        perror("socket()");

        exit(2);

    }

    int opt = 1;

    setsockopt(sock,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&opt,sizeof(opt));

    struct sockaddr_in local;

    local.sin_family = AF_INET;

    local.sin_port = htons(port);

    local.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);

    if(bind(sock,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local)) < 0)

    {

        perror("bind()");

        exit(3);

    }

    if(listen(sock,5) < 0)

    {

        perror("listen()");

        exit(4);

    }

    return sock;

}

static void usage(const char *proc)

{

    printf("%s [ip] [port]\n",proc);

}

int main(int argc,char* argv[])

{

    if(argc != 3)

    {

        usage(argv[0]);

        exit(1);

    }

    int listen_sock = startup(argv[1],atoi(argv[2]));

    fd_set rset;

    int i = 0;

    FD_ZERO(&rset);

    FD_SET(listen_sock,&rset);

    //initial fds

    for(;i < fds_nums;i++)

    {

        fds[i] = -1;

    }

    fds[0] = listen_sock;

    int done = 0;

    while(!done)

    {

        int max_fd = -1;

        for(i = 0;i < fds_nums;i++)

        {

            if(fds[i]>0)

            {

                FD_SET(fds[i],&rset);

                max_fd = max_fd < fds[i]?fds[i]:max_fd;

            }

        }

        switch(select(max_fd+1,&rset,NULL,NULL,NULL))

        {

            case 0:

                printf("time out...\n");

                break;

            case -1:

                perror("select()");

                break;

            default:

                for(i = 0;i < fds_nums;i++)

                {

                    if(i==0 && FD_ISSET(listen_sock,&rset))

                    {

                        //printf("there\n");

                        struct sockaddr_in peer;

                        socklen_t len = sizeof(peer);

                        int newfd = accept(listen_sock,(struct sockaddr*)&peer,&len);

                        if(newfd > 0)

                        {

                            printf("get a new client$ socket->%s:%d\n",inet_ntoa(peer.sin_addr),ntohs(peer.sin_port));

                        }

                        int j = 0;

                        for(j;j<fds_nums;j++)

                        {

                            if(fds[j] == -1)

                            {

                                fds[j] = newfd;

                                break;

                            }

                        }

                        if(j == fds_nums)

                        {

                            close(newfd);

                        }

                    }

                    else//normal accept_fd

                    {

                        if(FD_ISSET(fds[i],&rset))

                        {

                            char buf[1024];

                            memset(buf,'\0',sizeof(buf));

                            ssize_t _s = read(fds[i],buf,sizeof(buf)-1);

                            if(_s > 0)

                            {

                                buf[_s-1] = '\0';

                                printf("client$ %s\n",buf);

                            }

                            else if(_s == 0)

                            {

                                printf("%d is read done......\n",fds[i]);

                                write(fds[i],"mn",2);

                                sleep(10);

                                close(fds[i]);

                                fds[i] = -1;

                            }

                            else

                            {

                                perror("read()");

                            }

                        }

                    }

                }

                break;

        }

    }

    return 0;

}

运行结果：