关于select中fd限制问题

select 是多路复用，或异步模型中经常用到的一个系统调用。 

基本原型为： 

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

该函数的一个缺点就是nfds不能太大。上限为1024.为什么会有这样的限制，今天就来一起看看select的具体实现。 

再/usr/include/sys/select.h中可以看到select使用的基本数据的定义： 

 

/* The fd_set member is required to be an array of longs.  */ 

typedef long int __fd_mask; 

 

/* Some versions of <linux/posix_types.h> define these macros.  */ 

#undef  __NFDBITS 

#undef  __FDELT 

#undef  __FDMASK 

/* It's easier to assume 8-bit bytes than to get CHAR_BIT.  */ 

#define __NFDBITS   (8 * sizeof (__fd_mask)) 

#define __FDELT(d)  ((d) / __NFDBITS) 

#define __FDMASK(d) ((__fd_mask) 1 << ((d) % __NFDBITS)) 

 

/* fd_set for select and pselect.  */ 

typedef struct 

{ 

    /* XPG4.2 requires this member name.  Otherwise avoid the name 

       from the global namespace.  */ 

#ifdef __USE_XOPEN 

    __fd_mask fds_bits[__FD_SETSIZE / __NFDBITS]; 

# define __FDS_BITS(set) ((set)->fds_bits) 

#else 

    __fd_mask __fds_bits[__FD_SETSIZE / __NFDBITS]; 

# define __FDS_BITS(set) ((set)->__fds_bits) 

#endif 

} fd_set; 

 

/* Maximum number of file descriptors in `fd_set'.  */ 

#define FD_SETSIZE      __FD_SETSIZE 

 

#ifdef __USE_MISC 

/* Sometimes the fd_set member is assumed to have this type.  */ 

typedef __fd_mask fd_mask; 

 

/* Number of bits per word of `fd_set' (some code assumes this is 32).  */ 

# define NFDBITS        __NFDBITS 

#endif 

 

 

/* Access macros for `fd_set'.  */ 

#define FD_SET(fd, fdsetp)  __FD_SET (fd, fdsetp) 

#define FD_CLR(fd, fdsetp)  __FD_CLR (fd, fdsetp) 

#define FD_ISSET(fd, fdsetp)    __FD_ISSET (fd, fdsetp) 

#define FD_ZERO(fdsetp)     __FD_ZERO (fdsetp) 

 

通过这段代码我们不难发现，select中关键数据结果fd_set.他的大小就决定了系统能承受的fd数量. 

fe_set被定义为一个结构体，其唯一的一个成员变量是一个long int的数组。 

剩下问题就计算数组大小了。__FD_SETSIZE / __NFDBITS. 

查看include/linux/posix_types.h，如下： 

#undef __NFDBITS 

#define __NFDBITS   (8 * sizeof(unsigned long)) 

 

#undef __FD_SETSIZE 

#define __FD_SETSIZE    1024 

 

#undef __FDSET_LONGS 

#define __FDSET_LONGS   (__FD_SETSIZE/__NFDBITS) 

 

#undef __FDELT 

#define __FDELT(d)  ((d) / __NFDBITS) 

 

#undef __FDMASK 

#define __FDMASK(d) (1UL << ((d) % __NFDBITS)) 

 

typedef struct { 

    unsigned long fds_bits [__FDSET_LONGS]; 

} __kernel_fd_set; 

 

系统自己也定义了一个__kernel_fd_set数据结构。这里我们不关心这个。 

    这里可以看到__FD_SETSIZE 为 1024.于是之前的数组大小就可以计算出来是32. 

总共可以使用的bit是32*32=1024.也就是说，select的最大fd是1023.(select调用的时候要加1) 

 

    现在再看下与fd_set相关的几个宏又是如何实现的. 

    在arch/alpha/include/asm/posix_types.h给出了简单的c函数实现方式： 

#ifdef __KERNEL__ 

 

#ifndef __GNUC__ 

 

#define __FD_SET(d, set)    ((set)->fds_bits[__FDELT(d)] |= __FDMASK(d)) 

#define __FD_CLR(d, set)    ((set)->fds_bits[__FDELT(d)] &= ~__FDMASK(d)) 

#define __FD_ISSET(d, set)  (((set)->fds_bits[__FDELT(d)] & __FDMASK(d)) != 0) 

#define __FD_ZERO(set)  \ 

        ((void) memset ((void *) (set), 0, sizeof (__kernel_fd_set))) 

 

#else /* __GNUC__ */ 

 

    /* With GNU C, use inline functions instead so args are evaluated only once: */ 

 

#undef __FD_SET 

static __inline__ void __FD_SET(unsigned long fd, __kernel_fd_set *fdsetp) 

{ 

    unsigned long _tmp = fd / __NFDBITS; 

    unsigned long _rem = fd % __NFDBITS; 

    fdsetp->fds_bits[_tmp] |= (1UL<<_rem); 

} 

 

#undef __FD_CLR 

static __inline__ void __FD_CLR(unsigned long fd, __kernel_fd_set *fdsetp) 

{ 

    unsigned long _tmp = fd / __NFDBITS; 

    unsigned long _rem = fd % __NFDBITS; 

    fdsetp->fds_bits[_tmp] &= ~(1UL<<_rem); 

} 

 

#undef __FD_ISSET 

static __inline__ int __FD_ISSET(unsigned long fd, const __kernel_fd_set *p) 

{ 

    unsigned long _tmp = fd / __NFDBITS; 

    unsigned long _rem = fd % __NFDBITS; 

    return (p->fds_bits[_tmp] & (1UL<<_rem)) != 0; 

} 

/* 

 * This will unroll the loop for the normal constant case (8 ints, 

 * for a 256-bit fd_set) 

 */ 

#undef __FD_ZERO 

static __inline__ void __FD_ZERO(__kernel_fd_set *p) 

{ 

    unsigned long *tmp = p->fds_bits; 

    int i; 

 

    if (__builtin_constant_p(__FDSET_LONGS)) { 

        switch (__FDSET_LONGS) { 

            case 16: 

                tmp[ 0] = 0; tmp[ 1] = 0; tmp[ 2] = 0; tmp[ 3] = 0; 

                tmp[ 4] = 0; tmp[ 5] = 0; tmp[ 6] = 0; tmp[ 7] = 0; 

                tmp[ 8] = 0; tmp[ 9] = 0; tmp[10] = 0; tmp[11] = 0; 

                tmp[12] = 0; tmp[13] = 0; tmp[14] = 0; tmp[15] = 0; 

                return; 

 

            case 8: 

                tmp[ 0] = 0; tmp[ 1] = 0; tmp[ 2] = 0; tmp[ 3] = 0; 

                tmp[ 4] = 0; tmp[ 5] = 0; tmp[ 6] = 0; tmp[ 7] = 0; 

                return; 

 

            case 4: 

                tmp[ 0] = 0; tmp[ 1] = 0; tmp[ 2] = 0; tmp[ 3] = 0; 

                return; 

        } 

    } 

    i = __FDSET_LONGS; 

    while (i) { 

        i--; 

        *tmp = 0; 

        tmp++; 

    } 

} 

 

#endif /* __GNUC__ */ 

 

#endif /* __KERNEL__ */ 

 

再x86的系统架构中，是采用汇编语言实现的，效率更高。 

include/asm-x86/posix_types_32.h 

#undef  __FD_SET 

#define __FD_SET(fd,fdsetp)                 \ 

    asm volatile("btsl %1,%0":              \ 

            "+m" (*(__kernel_fd_set *)(fdsetp))    \ 

            : "r" ((int)(fd))) 

 

#undef  __FD_CLR 

#define __FD_CLR(fd,fdsetp)                 \ 

    asm volatile("btrl %1,%0":              \ 

            "+m" (*(__kernel_fd_set *)(fdsetp))    \ 

            : "r" ((int) (fd))) 

 

#undef  __FD_ISSET 

#define __FD_ISSET(fd,fdsetp)                   \ 

    (__extension__                      \ 

     ({                         \ 

      unsigned char __result;                \ 

      asm volatile("btl %1,%2 ; setb %0"         \ 

          : "=q" (__result)             \ 

          : "r" ((int)(fd)),            \ 

          "m" (*(__kernel_fd_set *)(fdsetp)));    \ 

      __result;                      \ 

      })) 

 

#undef  __FD_ZERO 

#define __FD_ZERO(fdsetp)                   \ 

    do {                                \ 

        int __d0, __d1;                     \ 

        asm volatile("cld ; rep ; stosl"            \ 

                : "=m" (*(__kernel_fd_set *)(fdsetp)), \ 

                "=&c" (__d0), "=&D" (__d1)       \ 

                : "a" (0), "1" (__FDSET_LONGS),        \ 

                "2" ((__kernel_fd_set *)(fdsetp))    \ 

                : "memory");               \ 

    } while (0) 

最后一个问题，问什么当fd数量多的时候，select效率低。简单看一下select的实现就不难发现了. 

fs/select.c 

你可能发现了，select实现并不是放在net的目录下。select并未为网络通信而实现，而是对一般的fd都可用。也再次证明了一点，再linux/unix 

下面一切都是文件。 

int do_select(int n, fd_set_bits *fds, s64 *timeout) 

{ 

    ..... 

    for (i = 0; i < n; ++rinp, ++routp, ++rexp) 

    { 

        ..... 

    } 

} 

不用看具体的实现，也可以明白了，select是对从0开始的一直到n-1的每一个描述做检查。因此当n比较大的时候，这里的效率是比较低的。

可以重新编译linux内核来突破1024的问题，不过也只是治标不治本，能提高效率的函数有poll,epoll