I/O复用与Select详解-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/mi_rencontre/article/details/52075302

I/O复用使程序能够同时监听多个文件描述符，能够提高程序的性能。

一、需要使用I/O复用的情况：

1. 客户端程序要同时处理多个socket。

2. 客户端程序要同时处理用户输入和网络连接。

3. TCP服务器要同时处理监听socket和连接socket。

4. 服务器要同时处理TCP请求和UDP请求。

5. 服务器要同时监听多个端口，或者处理多种任务。

Linux下实现I/O复用的系统调用主要有select、poll和epoll。下面先探讨select系统调用。

二、select系统调用的API：

1. 原型：

2. 参数：

1）nfds参数指定被监听的文件描述符的总数。通常为被select监听的所有文件描述符中最大值加1。因为文件描述符是从0开始计数的。

2）readfds、writefds和exceptfds参数分别指向可读、可写和异常等事件对应的文件描述符集合。这三个参数都是fd_set结构指针类型，fd_set结构体仅包含一个整型数组，该数组的每一个元素的每一位标记一个文件描述符。fd_set能容纳的文件描述符数量是有限的，由FD_SETSIZE指定，一般是1024。

系统定义了下面的一系列宏来访问fd_set结构体中的位：

3）timeout参数用来设置select函数的超时时间。是一个timeval结构类型的指针。timeval定义如下：

如果tv_sec成员和tv_usec成员都传递0，则select将立即返回。如果给timeout传递NULL，则select将一直阻塞，直到某个文件描述符就绪。如果传递的是特定的时间值，则如果在指定的时间段里没有事件发生，select将超时返回。

3. 返回值

成功时返回就绪文件描述符的总数。如果在超时时间内没有任何文件描述符就绪，select将返回0。如果在select等待期间，程序收到信号，则select立即返回-1，并设置errno为EINTR。

三、文件描述符就绪条件：

四、使用select编写网络服务器

实现代码：

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


int fds[20];

int create_listen_sock(int ip, int port)
{
	int fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if(fd < 0)
	{
		perror("socket");
		exit(1);
	}

	struct sockaddr_in server;
	server.sin_family = AF_INET;
	server.sin_port = htons(port);
	server.sin_addr.s_addr = ip;

	if(bind(fd, (struct sockaddr*)&server, sizeof(server)) < 0)
	{
		perror("bind");
		exit(2);
	}

	if(listen(fd, 5) < 0)
	{
		perror("listen");
		exit(3);
	}

	return fd;
}

void select_server(int ip, int port)
{
	int listen_sock = create_listen_sock(ip, port);
	struct sockaddr_in client;
	socklen_t client_len = sizeof(client);
	size_t size = sizeof(fds)/sizeof(fds[0]);
	size_t i = 0;
	for(; i < size; i++)
	{
		fds[i] = -1;
	}
	fds[0] = listen_sock;
	fd_set read_fd;
	int max_fd = fds[0];

	while(1)
	{
		FD_ZERO(&read_fd);
		struct timeval timeout = {3, 0};
		size_t i = 0;
		for(; i < size; i++)
		{
			if(fds[i] > 0)
			{
				FD_SET(fds[i], &read_fd);
				if(fds[i] > max_fd)
				{
					max_fd = fds[i];
				}
			}
		}

		switch(select(max_fd+1, &read_fd, NULL, NULL, &timeout))
		{
			case -1:
				perror("select");
				break;
			case 0:
				printf("time out\n");
				break;
			default:   //至少一个IO事件就绪
				{
					size_t i = 0;
					for(; i < size; i++)
					{
						if(FD_ISSET(fds[i], &read_fd) && fds[i] == listen_sock)
						{
							int accept_sock = accept(listen_sock, (struct sockaddr*)&client, &client_len);
							if(accept_sock < 0)
							{
								perror("accept");
								continue;
							}
							printf("get a client, ip is: %s, port is: %d\n",inet_ntoa(client.sin_addr), ntohs(client.sin_port));
							size_t j = 0;
							for(; j < size; j++)
							{
								if(fds[j] == -1)
								{
									fds[j] = accept_sock;
									break;
								}
							}
							if(j == size)
							{
								close(accept_sock);
							}
						}
						else if(FD_ISSET(fds[i], &read_fd) && fds[i] > 0)
						{
							char buf[1024];
							memset(buf, '\0', sizeof(buf));
							ssize_t _s = read(fds[i], buf, sizeof(buf)-1);
							if(_s < 0)
							{
								perror("read");
							}
							else if(_s == 0)
							{
								printf("client closed\n");
								close(fds[i]);
								fds[i] = -1;
							}
							else
							{
								printf("client > %s", buf);
							}
						}
					}
				}
				break;
		}
	}
}

int main(int argc, char* argv[])
{
	if(argc != 3)
	{
		printf("Usge: %s ip port\n", argv[0]);
		return 1;
	}
	int ip = inet_addr(argv[1]);
	int port = atoi(argv[2]);

	select_server(ip, port);
	return 0;
}

运行结果：