对select()参数fdset的完整理解

最新推荐文章于 2025-09-21 16:32:41 发布

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虽然写了很多代码，但select我就从没有完整理解过，要用时不过copy paste而已。惭愧！

今天决定要对select()参数fdset有一个完整理解。Go！

先上一段代码（代码1-1），这段代码做的事情是

1. 创建一个socket来listen请求

2. 调用select等待新请求、等待已有请求的数据收发状态READY

3. 当有新连接请求来的时候就调用accpet接受请求

4. 当有数据可读可写的时候就调用do_read/do_write执行数据收发

5. loop回去

注意：上面所有的操作都是在一个线程上做的。

看完代码，再看for循环内几个细节。

细节1. select前每次都要对三个fdset进行初始化。具体初始化策略就是：

- listen fd总是要set，这表明希望select关心listen fd的变化

- 已经accept了的fd总是要set，这表明希望select关心这些fd上是否可读可写

细节2. select后会对三个fdset的状态进行检查。具体检查结果是：

- listen fd如果被set了，表明有新的连接请求来了，需要调用accept

- readfdset中如果有fd被set了，表明那个fd上有新数据可读

- writefdset中如果有fd被set了，表明那个fd上可以写数据进去

从上面两个细节中可以发现

        if (select(maxfd+1, &readset, &writeset, &exset, NULL) < 0) {

select的三个fdset参数是in/out型的参数，既负责输入、也负责输出。select内部只关心fdset上被置位为1的操作符状态，对于为0的它一概不关心。

想一下，既然fdset上置位为0，表明应用根本不关心，应用都不关心，内核何必死乞白赖的去查一下那个为0的状态位对应的fd的状态呢？

我之前之所以对select函数存在疑惑，就是对这一点不理解。我原来的理解方式是：

1. 应用只需要跟内核说：喂兄弟，我这个进程内哪些fd的状态变了呢？我也不知道我关心哪些fd，你帮我看着办吧，别漏掉了就行。

2. 内核就把系统中所有状态变了的fd都收集到一起，全部奉送给应用

3. 应用就根据这个集合来进行数据处理

现实世界的处理方式是：

1. 应用跟内核说：为兄弟，我关心a、b、c、d这几个fd的状态，您帮我查查？

2. 内核乖乖把a、b、c、d这几个fd的状态查了一把，其余fd统统忽略，反正查了也没用，还是省省吧

3. 应用拿到a、b、c、d这几个fd的状态后，根据他们的状态就行对应处理。

因此，应用需要关心这么两个问题：

1. 知道自己需要关心哪些fd，这需要用一个数据结构来跟踪。

2. 应用需要关心的fd有两类：一是自己的listen fd，二是自己accept过的fd，没有其它的了。

总算是明白select的猫腻了。

代码1-1 （来自http://www.wangafu.net/~nickm/libevent-book/01_intro.html）

void run(void)
{
    int listener;
    struct fd_state *state[FD_SETSIZE];
    struct sockaddr_in sin;
    int i, maxfd;
    fd_set readset, writeset, exset;

    sin.sin_family = AF_INET;
    sin.sin_addr.s_addr = 0;
    sin.sin_port = htons(40713);

    for (i = 0; i < FD_SETSIZE; ++i)
        state[i] = NULL;

    listener = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    make_nonblocking(listener);

    if (bind(listener, (struct sockaddr*)&sin, sizeof(sin)) < 0) {
        perror("bind");
        return;
    }

    if (listen(listener, 16)<0) {
        perror("listen");
        return;
    }

    FD_ZERO(&readset);
    FD_ZERO(&writeset);
    FD_ZERO(&exset);

    while (1) {
        maxfd = listener;

        FD_ZERO(&readset);
        FD_ZERO(&writeset);
        FD_ZERO(&exset);

        FD_SET(listener, &readset);

        for (i=0; i < FD_SETSIZE; ++i) {
            if (state[i]) {
                if (i > maxfd)
                    maxfd = i;
                FD_SET(i, &readset);
                if (state[i]->writing) {
                    FD_SET(i, &writeset);
                }
            }
        }

        if (select(maxfd+1, &readset, &writeset, &exset, NULL) < 0) {
            perror("select");
            return;
        }

        if (FD_ISSET(listener, &readset)) {
            struct sockaddr_storage ss;
            socklen_t slen = sizeof(ss);
            int fd = accept(listener, (struct sockaddr*)&ss, &slen);
            if (fd < 0) {
                perror("accept");
            } else if (fd > FD_SETSIZE) {
                close(fd);
            } else {
                make_nonblocking(fd);
                state[fd] = alloc_fd_state();
                assert(state[fd]);/*XXX*/
            }
        }

        for (i=0; i < maxfd+1; ++i) {
            int r = 0;
            if (i == listener)
                continue;

            if (FD_ISSET(i, &readset)) {
                r = do_read(i, state[i]);  //ref http://www.wangafu.net/~nickm/libevent-book/01_intro.html
            }
            if (r == 0 && FD_ISSET(i, &writeset)) {
                r = do_write(i, state[i]); // ref same as above

	    }
            if (r) {
                free_fd_state(state[i]);
                state[i] = NULL;
                close(i);
            }
        }
    }
}

我对于select的理解，离不开对内核源码的了解。是看了源码之后才豁然开朗。也贴一下内核源码（一些无关细节被省略了，更完整的代码参考http://bbs.chinaunix.net/thread-1926858-1-1.html），我在代码中另外加了一些注释，呼应上面的分析。

int do_select(int n, fd_set_bits *fds, struct timespec *end_time)
{
        ktime_t expire, *to = NULL;
        struct poll_wqueues table;
        poll_table *wait;
        int retval, i, timed_out = 0;
        unsigned long slack = 0;

        rcu_read_lock();
        retval = max_select_fd(n, fds);
        rcu_read_unlock();

        if (retval < 0)
                return retval;
        n = retval;

        poll_initwait(&table);
        [color=Red]wait = &table.pt;[/color]
        if (end_time && !end_time->tv_sec && !end_time->tv_nsec) {
                wait = NULL;
                timed_out = 1;
        }

        if (end_time && !timed_out)
                slack = estimate_accuracy(end_time);

        retval = 0;
        for (;;) {
                unsigned long *rinp, *routp, *rexp, *inp, *outp, *exp;

		// fdset的输入参数，表明关心哪些fd
                inp = fds->in; outp = fds->out; exp = fds->ex;

		// fdset的输出参数，表明哪些关心的fd状态变成了可读可写可连接
                rinp = fds->res_in; routp = fds->res_out; rexp = fds->res_ex;
		
		// 这里看看n，就是外面传进来的max_fd，就很能理解为什么max_fd需要加1了
                for (i = 0; i < n; ++rinp, ++routp, ++rexp) {
                        unsigned long in, out, ex, all_bits, bit = 1, mask, j;
                        unsigned long res_in = 0, res_out = 0, res_ex = 0;
                        const struct file_operations *f_op = NULL;
                        struct file *file = NULL;

                        in = *inp++; out = *outp++; ex = *exp++;
                        all_bits = in | out | ex;  
                        if (all_bits == 0) {
				// 性能优化代码。一次判断4个字节，32个fd，如果都不关心，则可以一次跳过
                                i += __NFDBITS;
                                continue;   
                        }

			 // 32个fd中至少有一个fd是被用户关心的，得瞧瞧
                        for (j = 0; j < __NFDBITS; ++j, ++i, bit <<= 1) {  
                                int fput_needed;
                                if (i >= n)
                                        break;
                                if (!(bit & all_bits))
                                        continue;
                                file = fget_light(i, &fput_needed);
                                if (file) {
                                        f_op = file->f_op;
                                        mask = DEFAULT_POLLMASK;
                                        if (f_op && f_op->poll)   //调用pool看这个fd是否ready
                                                mask = (*f_op->poll)(file, retval ? NULL : wait);
                                        fput_light(file, fput_needed);
                                        if ((mask & POLLIN_SET) && (in & bit)) {
                                                res_in |= bit; 
                                                retval++;
                                        }
                                        if ((mask & POLLOUT_SET) && (out & bit)) {
                                                res_out |= bit;
                                                retval++;
                                        }
                                        if ((mask & POLLEX_SET) && (ex & bit)) {
                                                res_ex |= bit;
                                                retval++;
                                        }
                                }
                        }
                        if (res_in)
                                *rinp = res_in;
                        if (res_out)
                                *routp = res_out;
                        if (res_ex)
                                *rexp = res_ex;
                        cond_resched();
                }
        return retval;
}

对select的理解欲是被昨晚看的《编程人生》第一篇文章激发的， Jamie Zawinski：好奇心是驱动一个程序员的终极原动力，唯有好奇心才能让你对code了如指掌。

我的微博：http://weibo.com/raywill2