I/O复用（一）——Select

为什么要有I/O复用

         从多进程多线程到进程池线程池，尽管我们处理事件的效率越来越高，但是却有一个问题，一直都没有解决，那就是，当服务器分配了一个线程或进程为某一个客户端服务时，该进程/线程就相当于与这个客户端绑定了，除非客户端断开连接，否则不管有没有请求事件，这个线程/进程都只能为这个客户端处理事件，我们知道，系统允许我们创建的线程/进程是有限的，这样其实会造成资源的浪费，所以，我们需要一套机制，在客户端没有请求事件的时候，该线程/进程可以去处理其他客户端的事件，也就是我们需要将多个文件描述符同时监听，当由请求时，去处理发出请求的客户端的事件。所以就有了我们的I/O复用。

什么是I/O复用

         I/O复用的本质就是一个线程监听多个文件描述符，我们可以这样理解，多线程多进程编程，就是老师对学生一对一辅导，但是不是所有的是时候学生都有问题，老师就闲了，会浪费很大的师资力量，而我们的I/O复用，就是一个老师辅导多个学生，学生有问题提出问题（发出请求事件），老师处理完就可以处理别的学生的问题了。然后就有人说了，I/O理解起来太麻烦，我用循环，轮询一遍就能找到该处理哪个事件了，但是你见过有老师一个一个问学生你有问题吗，那老师知道有人问问题就挨个问一遍，他还有力气处理问题么，同样的道理，我们的CPU那么可爱又忙碌，它时来处理事件的，不是挨个打招呼的，所以我们就需要直接告知CPU处理那个问题。

        通过上面这个简单的小故事，我们可以理解，I/O复用的两个好处

       一  它减少了进程/线程的创建数量，节省了我们的内存资源，使得资源更加高效的被利用。

      二  它减少了CPU的工作压力，CPU只需要做自己最擅长的时就好。

I/O实现

      其实在linux下I/O复用的实现有三个系统调用：poll,epoll,select，其中epoll为linux特有，今天我们就先来说说select。

      select系统调用的用途是：在一段指定时间内，监听用户感兴趣的文件描述符上的可读、可写和异常等事件。

      我们先来看一下select系统调用的原型：

            

(1)nfds 参数指定被监听的文件描述符的总数。它通常被设置成监听的所有文件描述符中的最大值加一，因为文件描述符的计数从0开始。

(2)readfds,writefds,exceptfds分别表示可读，可写，和异常等事件对应的文件描述符集合。

(3)timeout用来设置select函数的超时时间。

select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返回0，select失败返回-1并且设置errno。

这里面值得我们关注的有一个很重要的结构体fd_set,该结构体定义如下：

        我们可以看到，其实这个结构体仅仅包含了一个类型为long int的数组，数组长度为32；这个数组的每个元素的每一位标记一个文件描述符，也就是说做多监听1024个文件描述符，文件描述符最大是1023。

        我们都知道，这样的机制下，位操作相对来说是比较麻烦的，所以系统就很善良的为我们提供了一系列宏来访问fd_set中的位：

      另外一个值得关注的结构体就是我们的timeval，定义如下：

timeout有三种取值：

1.  NULL               select一直阻塞，直到readfds、writefds、exceptfds集合中至少一个文件描述符就绪select才返回。
2. 0                        select不阻塞。
3. timeout_value  select在timeout_value这个时间段内阻塞，有事件就绪就返回或者超时返回。
    

select的应用——实现I/O复用

在实现之前我们需要注意几点问题：

(1) select返回是全部的文件描述符，我们需要轮询确定是哪个文件描述符上的事件发生

(2) select返回时会将fd_set结构的变量更改，所以我们每次select之前需要重置fd_set的值

好了，看代码喽

#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<assert.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<sys/select.h>
void INIT_fds(int *fds,int length)
{
	int i=0;
	for(;i<length;i++)
	{
		fds[1]=-1;
	}
}
void Insert_fd(int *fds,int fd,int length)

{
	int i=0;
	for(;i<length;i++)
	{
		if(fds[i]==-1)
		{
			fds[i]=fd;
			break;
		}
	}
}
void Delete(int *fds,int fd,int len)
{
	int i=0;
	for(;i<len;i++)
	{
		if(fds[i]==fd)
		{
			fds[i]=-1;
			break;
		}
	}

}
int main()
{
	int sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
	assert(sockfd!=-1);
	struct sockaddr_in ser,cli;
	memset(&ser,0,sizeof(ser));
		ser.sin_family=AF_INET;
		ser.sin_port=htons(6000);
		ser.sin_addr.s_addr=inet_addr("127.0.0.1");
		int res=bind(sockfd,(struct sockaddr*)&ser,sizeof(ser));
		assert(res !=-1);
		listen(sockfd,5);
		fd_set readfds;
		int fds[100];
		INIT_fds(fds,100);
		Insert_fd(fds,sockfd,100);
	while(1)
		{
			int max=-1;
			FD_ZERO(&readfds);
			int i=0;
			for(;i<100;i++)
			{
				if(fds[i]!=-1)
				{
					if(fds[i]>max)
					
					{
						max=fds[i];
					}
					FD_SET(fds[i],&readfds);
				}
			}
			int n=select(max+1,&readfds,NULL,NULL,NULL);
			if(n<0)
			{
				printf("select fail\n");
				continue;
			}
			int c;
			for(i=0;i<100;i++)
			{
				if(fds[i]!=-1&&FD_ISSET(fds[i],&readfds))

				{
					if(fds[i]==sockfd)
					{
						int len =sizeof(cli);
						 c=accept(sockfd,(struct sockaddr*)&cli,&len);
					if(c<0)
					{
						printf("one link error\n");
						continue;
					}
					Insert_fd(fds,c,100);
				}
				
				else
				{
					int fd=fds[i];
					char recvbuff[128]={0};
					int n = recv(c,recvbuff,127,0);
					if(n<=0)
					{
						close(fd);
						Delete(fds,fd,100);
						continue;
					}
					printf("%d: %s\n",c,recvbuff);
					send(c,"ok",2,0);
				}
			}
		}
	}
}