linux中 select函数详解与实例（另外还有五种IO模型学习）

tips：

最近需要将linux系统中的串口处理，使用IO复用来处理，于是要学习一下关于select函数的相关知识。

关于多路io复用知识：

1什么是IO多路复用

常见的IO模型中，一般有四种，阻塞IO模型，非阻塞IO模型，IO复用模型，信号驱动IO模型，异步IO模型

1.1阻塞IO模型（blocking IO）

当用户进程调用了recvfrom这个系统调用，kernel就开始了IO的第一个阶段：准备数据（对于网络IO来说，很多时候数据在一开始还没有到达。比如，还没有收到一个完整的UDP包。这个时候kernel就要等待足够的数据到来）。这个过程需要等待，也就是说数据被拷贝到操作系统内核的缓冲区中是需要一个过程的。而在用户进程这边，整个进程会被阻塞（当然，是进程自己选择的阻塞）。当kernel一直等到数据准备好了，它就会将数据从kernel中拷贝到用户内存，然后kernel返回结果，用户进程才解除block的状态，重新运行起来。

1.2非阻塞IO模型（nonblocking IO）

linux下，可以通过设置socket使其变为non-blocking。当对一个non-blocking socket执行读操作时，流程是这个样子：

当用户进程发出read操作时，如果kernel中的数据还没有准备好，那么它并不会block用户进程，而是立刻返回一个error。从用户进程角度讲 ，它发起一个read操作后，并不需要等待，而是马上就得到了一个结果。用户进程判断结果是一个error时，它就知道数据还没有准备好，于是它可以再次发送read操作。一旦kernel中的数据准备好了，并且又再次收到了用户进程的system call，那么它马上就将数据拷贝到了用户内存，然后返回。

1.3IO复用模型IO （multiplexing）

IO multiplexing就是我们说的select，poll，epoll，有些地方也称这种IO方式为event driven IO。select/epoll的好处就在于单个process就可以同时处理多个网络连接的IO。它的基本原理就是select，poll，epoll这个function会不断的轮询所负责的所有socket，当某个socket有数据到达了，就通知用户进程。
当用户进程调用了select，那么整个进程会被block，而同时，kernel会“监视”所有select负责的socket，当任何一个socket中的数据准备好了，select就会返回。这个时候用户进程再调用read操作，将数据从kernel拷贝到用户进程。

1.4信号驱动IO模型（signal driven IO)

在信号驱动式I/O模型中，应用程序使用套接口进行信号驱动I/O，并安装一个信号处理函数，进程继续运行并不阻塞。当数据准备好时，进程会收到一个SIGIO信号，可以在信号处理函数中调用I/O操作函数处理数据

优点：线程并没有在等待数据时被阻塞，可以提高资源的利用率
缺点：信号I/O在大量IO操作时可能会因为信号队列溢出导致没法通知
信号驱动I/O尽管对于处理UDP套接字来说有用，即这种信号通知意味着到达一个数据报，或者返回一个异步错误。但是，对于TCP而言，信号驱动的I/O方式近乎无用，因为导致这种通知的条件为数众多，每一个来进行判别会消耗很大资源，与前几种方式相比优势尽失

1.5异步IO模型 (asynchronous IO)

inux下的asynchronous IO其实用得很少。先看一下它的流程：

用户进程发起read操作之后，立刻就可以开始去做其它的事。而另一方面，从kernel的角度，当它受到一个asynchronous read之后，首先它会立刻返回，所以不会对用户进程产生任何block。然后，kernel会等待数据准备完成，然后将数据拷贝到用户内存，当这一切都完成之后，kernel会给用户进程发送一个signal，告诉它read操作完成了。

select函数

所需包含的头文件

#include <sys/select.h> /* 根据POSIX.1 - 2001 */
/*根据早期的标准*/
#include<sys/types.h>
#include<sys/time.h>
#include<unistd.h>

函数名：

 int select(int nfds, fd_set *readset, fd_set *writeset,
            fd_set *exceptset, struct timeval *timeout);
 
 参数解析:
 nfds :      需要检查的文件描述符个数，数值应该比是三组fd_set中最大数更大，而不是实际文件描述符的总数。
 readset:    用来检查可读性的一组文件描述符。
 writeset:   用来检查可写性的一组文件描述符。
 exceptset:  用来检查意外状态的文件描述符。(注：错误并不是意外状态)
 timeout:    NULL指针代表无限等待，否则是指向timeval结构的指针，代表最长等待时间。(如果其中tv_sec和 
            tv_usec都等于0, 则文件描述符的状态不被影响，但函数并不挂起)
返回值： 返回响应操作的对应操作文件描述符的总数，且三组数据均在恰当位置被修改，只有响应操作的那一些没有修改           

其中关于结构体fd_set需要说明：

fd_set：一组文件描述符(fd)的集合
FD_ZERO(&set);       /* 将set清零 */
FD_SET(fd, &set);    /* 将fd加入set */
FD_CLR(fd, &set);    /* 将fd从set中清除 */
FD_ISSET(fd, &set);  /* 如果fd在set中则真　*/

sizeof(fd_set)的结果是128(*8 =FD_SETSIZE=1024)
实例：
可以参考下列链接中的实例。

参考链接：

Linux IO模式及IO多路复用详解

linux中select()函数分析

linux下select函数详解及实例

嵌入式linux4412多路复用式串口操作（select和poll实现方法）

Linux下五种I/O模型详解（阻塞IO、非阻塞IO、IO复用、信号驱动、异步IO）