Linux下select函数编写服务器

select函数
1、select的作用
系统提供select函数来实现多路复用输入/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，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是整数表示的，对应的FILE *结构的表示就是stdin、stdout、stderr。
2、select的函数格式
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
int nfds：是一个整数值，是指集合中所有文件描述符的范围，即所有文件描述符的最大值加1，不能错！在Windows中这个参数值无所谓，可以设置不正确。
fd_set* readfds：是指向fd_set结构的指针，这个集合中应该包括文件描述符，我们是要监视这些文件描述符的读变化的，即我们关心是否可以从这些文件中读取数据了，如果这个集合中有一个文件可读，select就会返回一个大于0的值，表示有文件可读，如果没有可读的文件，则根据timeout参数再判断是否超时，若超出timeout的时间，select返回0，若发生错误返回负值。可以传入NULL值，表示不关心任何文件的读变化。

fd_set* writefds：是指向fd_set结构的指针，这个集合中应该包括文件描述符，我们是要监视这些文件描述符的写变化的，即我们关心是否可以向这些文件中写入数据了，如果这个集合中有一个文件可写，select就会返回一个大于0的值，表示有文件可写，如果没有可写的文件，则根据timeout再判断是否超时，若超出timeout的时间，select返回0，若发生错误返回负值。可以传入NULL值，表示不关心任何文件的写变化。

fe_set* errorfds：同上面两个参数的意图，用来监视文件错误异常。

struct timeval* timeout：是select的超时时间，这个参数至关重要，它可以使select处于三种状态。

timeout的三种状态：

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

3、两个结构体
第一：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(file descriptor)，即文件句柄，这可以是我们所说的普通意义的文件，当然Unix下任何设备、管道、FIFO等都是文件形式，全部包括在内，所以，毫无疑问，一个socket就是一个文件，socket句柄就是一个文件描述符。

第二：struct timeval：是一个大家常用的结构，用来代表时间值，有两个成员，一个是秒数，另一个毫秒数。

4、宏提供了处理这三种描述词组的方式:
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);

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。
5、select函数返回值
负值：select错误。

正值：某些文件可读写或出错。

0：等待超时，没有可读写或错误的文件。

6、select函数模型特点
（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表示一个文件描述符，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）。
7、select优点
Select函数在Socket编程中还是比较重要的，可是对于初学Socket的人来说都不太爱用Select写程序，他们只是习惯写诸如connect、 accept、recv或recvfrom这样的阻塞程序（所谓阻塞方式block，顾名思义，就是进程或是线程执行到这些函数时必须等待某个事件的发生，如果事件没有发生，进程或线程就被阻塞，函数不能立即返回）。可是使用Select就可以完成非阻塞（所谓非阻塞方式non-block，就是进程或线程执行此函数时不必非要等待事件的发生，一旦执行肯定返回，以返回值的不同来反映函数的执行情况，如果事件发生则与阻塞方式相同，若事件没有发生则返回一个代码来告知事件未发生，而进程或线程继续执行，所以效率较高）方式工作的程序，它能够监视我们需要监视的文件描述符的变化情况——读写或是异常。
8、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。
9、select函数编写的简易服务器

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

int array_fds[1024];  //用来存储文件描述符

static void Usage(const char *proc)
{
    printf("Usage: %s [local_ip] [local_port]\n",proc);
}

int startup(char *_ip, int _port)
{
    int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(sock < 0){
        perror("socket");
        exit(2);
    }

    int flg = 1;
    setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &flg, sizeof(flg));

    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);
    } //绑定socket

    if(listen(sock, 10) < 0){
        perror("listen");
        exit(4);
    }//监听socket
    return sock;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    if(argc != 3){
        Usage(argv[0]);
        return 0;
    }

    int listenSock = startup(argv[1], atoi(argv[2]));
    int maxfd = 0;//最大文件描述符的值

    fd_set rfds; //文件描述符的读属性，可读返回0
    int array_size = sizeof(array_fds)/sizeof(array_fds[0]);//文件描述符的个数
    array_fds[0] = listenSock;   //套接字本质是文件描述符
    int i = 1;
    for(; i<array_size; i++)
    {
        array_fds[i] = -1;
    }

    while(1){
        struct timeval _timeout = {0, 0}; //非阻塞
        FD_ZERO(&rfds);//清空集合，否则不能检查描述符的变化
        maxfd = -1; //初始化文件描述符最大值为-1

        for(i=0; i<array_size; i++){
            if(array_fds[i] > 0){
                FD_SET(array_fds[i], &rfds);  //添加文件描述符
                if(array_fds[i] > maxfd){
                    maxfd = array_fds[i];  //更新最大文件描述符
                }
            }
        }
        switch(select(maxfd+1, &rfds, NULL, NULL, NULL)){
            case 0:
                printf("timeout...\n");
                break;
            case -1:
                perror("select");
                break;
            default:
                {
                    int j = 0;
                    for(; j<array_size; j++){
                        if(array_fds[j] < 0){
                            continue;
                        }
                        if(j == 0 && FD_ISSET(array_fds[j], &rfds)){
                            struct sockaddr_in client;
                            socklen_t len = sizeof(client);
                            int new_fd = accept(array_fds[j],\
                                         (struct sockaddr*)&client, &len);
                            char buf[1024];
                            if(new_fd < 0){
                                perror("accept");
                                continue;
                            }else{
                                if(FD_ISSET(array_fds[j], &rfds)){
                                    write(array_fds[j], buf, strlen(buf));
                                }
                                printf("get a new client:(%s:%d)\n",\
                                        inet_ntoa(client.sin_addr),\
                                        ntohs(client.sin_port));
                                int k = 1;
                                for(; k<array_size; k++){
                                    if(array_fds[k] < 0){
                                        array_fds[k] = new_fd;
                                        break;
                                    }
                                }
                                if(k == array_size){ //数组已满
                                    close(new_fd);
                                }
                            }
                        }//fi
                        else if(j != 0 &&\
                                FD_ISSET(array_fds[j], &rfds)){
                            char buf[10240];
                            ssize_t s = read(array_fds[i],\
                                    buf, sizeof(buf)-1);
                            if(s > 0){
                                buf[s] = 0;
                                printf("client say: %s\n", buf);//打印数据
                            }else if(s == 0){
                                printf("client quit!\n");
                                close(array_fds[j]);
                                array_fds[j] = -1;
                            }
                        }else{
                        }
                    }
                }
                break;
        }
    }
}