I/O复用（一）select

在《Linux高性能服务器编程》一书上对I/O复用是这么解释的：

I/O复用使得程序能够同时监听多个文件描述符

简单理解来说就是：一个进程或者一个线程能够同时对多个文件描述符提供服务，服务器上的进程或者线程 ，如何将多个文件描述符统一监听，当任意一个文件描述符上由事件发生，都能够及时处理。Linux上的I/O复用系统调用API有三个select  /  poll  / epoll    先来说一下select：

select：在一段时间内，监听用户感兴趣的可读可写和异常事件

事件类型只有三类：读、写、异常 ，启动监听，本身会阻塞，每次select调用之前都需要重新设置，所以用户程序必须保存所有现在还用的文件描述符，select每次都会将所有的文件描述符返回，select返回以后，必须探测哪些是就绪的文件描述符。下面是select函数原型：

int select(int nfds,fd_set * readfds,fd_set * writefds,fd_set * excefds,struct timeval * timeout);

nfds: 最大文件描述符的值+1，提高底层实现效率：传进来的值就是最大的设置的文件描述符，也就是让底层只关注这个最大的文件描述符之前的文件描述符，后面的没有设置，也不需要关注，不需要检测，这样可以提高底层实现的效率。

readfds : 用户感兴趣的可读事件的文件描述符集合，

writefds : 可写事件

excefds : 异常事件的文件描述符集合

timeout ：设置超时时间 ,在设置的超时时间内如果没有文件描述符就虚的话，就会返回超时，如果timeout为空，则select一直阻塞

返回值 ： > 0 : 返回就绪文件描述符的个数    /  ==0 : 超时  /  == -1 ：调用出错

了解了select函数的基本概念之后，你可能会有两个疑问

1、如何将文件描述符分别设置到readfds,writefds,excefds上

2、select返回后，如何知道哪些文件描述符就绪了

要解决上面两个问题，我们首先需要知道这个神秘的类型 fd_set 到底是一种什么样的类型：

上面的代码源于《Linux高性能服务器编程》里面对fd_set 结构体的定义，简化代码，我们能够看出，这个结构体里面其实就是定义了一个32个大小的整型数组，但是，如果直接使用一个四个字节大小的数字来表示文件描述符的话（文件描述符一般是0~100之间的整数），比较浪费。所以Linux将32大小的整型数组表示为1024位 0在0号位上，1在1号位上 ，2在2号位上…… ，里面存放0/1 ，所以我们只需要将文件描述符设置到自己对应的位上就行了，但是按位操作比较麻烦，系统提供了一套函数来进行按位操作 :

FD_ISSET 函数可以测试是否有事件发生，通过这个函数，我们就可以知道文件描述符上是否有事件发生。

下面我们来看一段使用select写的服务器的测试用例，帮助理解select：

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

//初始化维护的数组，用于保存文件描述符
void init_fd(int *fds,int len)
{
	int i = 0;
	for(; i < len ;++i)
	{
		fds[i] = -1;
	}	
}
//往维护的数组里面添加文件描述符
void insert_fd(int *fds,int fd,int len)
{
	int i = 0;
	for(;i < len ;++i)
	{
		if(fds[i] == -1)
		{
			fds[i] = fd;
			break;
		}
	}
}
//删除文件描述符
void delete_fd(int *fds,int fd,int len)
{
	int i = 0;
	for(; i < len ;++i)
	{
		if(fds[i] == fd)
		{
			fds[i] = -1;
			break;
		}
	}
}

int main()
{
	/*
	 *1.TCP服务器设置  socket  bind  listen
	 *2.将sockfd 添加到fds中
	 *3.启动while循环
	 * 3.1将fds中的文件描述符设置到readfds上
	 * 3.2启动select
	 * 3.3循环探测哪些文件描述符就绪
	 *   3.3.1 sockfd  ---> 有客户端完成了三次握手  accept  inster_fd
	 *   3.3.2 链接fd  ---> 有客户端数据到达   recv --> <= 0: close(fd),delete_fd |  >0 : 数据处理
	 */
	int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
	assert(sockfd != -1);

	struct sockaddr_in saddr,caddr;
	memset(&saddr,0,sizeof(saddr));
	saddr.sin_family = AF_INET;
	saddr.sin_port = htons(6000);
	saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");

	int res = bind(sockfd,(struct sockaddr*)&saddr,sizeof(saddr));
	assert(res != -1);

	listen(sockfd,5);

	fd_set readfds;

	int fds[100];
	init_fd(fds,100);
	insert_fd(fds,sockfd,100);

	while(1)
	{
		int maxfd = -1;
		FD_ZERO(&readfds);//先将文件描述符清空
		int i = 0;
		for(; i < 100;i++)
		{
			if(fds[i] != -1)
			{
				if(fds[i] > maxfd)
				{
					maxfd = fds[i];
				}
				FD_SET(fds[i],&readfds);
			}
		}

		int n = select(maxfd+1,&readfds,NULL,NULL,NULL);
		if(n <= 0)
		{
			printf("select fail\n");
			continue;
		}

		for(i = 0;i<100;++i)
		{
			if(fds[i] != -1 && FD_ISSET(fds[i],&readfds))
			{
				 if(fds[i] == sockfd)//客户链接
				 {
					 int len = sizeof(caddr);
					 int c = accept(sockfd,(struct sockaddr *)&caddr,&len);
					 if(c < 0)
					 {
						 printf("one client over\n");
						 continue;
					 }
					 insert_fd(fds,c,100);
				 }
				 else //客户请求
				 {
					int fd = fds[i];
					char buff[128] = {0};
					int n = recv(fd,buff,127,0);
					if(n <= 0)
					{
						delete_fd(fds,fd,100);
						close(fd);
						continue;
					}
					printf("%d : %s\n",fd,buff);
					send(fd,"OK",2,0);  
				 }
			}
		}
	}
}