本文详细介绍了select事件的用途、用法和相关接口，包括fd_set、FD_SET等，并剖析了select的源码框架和细节，最后讨论了select的特性。
用途
相比与普通的阻塞IO模型
select相当于是一名监管员
把多个要处理的文件描述符纳入自己的监管
在设定的时间内阻塞查询 看哪些套接字是就绪的
如果是就绪的则对这些套接字进行IO处理
用法
看一下下面这段简单的代码
实现的功能就是把标准输入(即文件描述符为0)
那入select的监管
然后select在5s内阻塞的轮询
看是否有读就绪事件
如果有的话就返回 然后对其进行处理
如果超时或者出错的或也返回
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
using namespace std;
int main(void) {
/**step1 : select工作之前,需要知道要监管哪些套接字**/
int listen_fd=0;
fd_set read_set;
FD_ZERO(&read_set);
FD_SET(listen_fd,&read_set);
/*step2 : select开始工作,设定时间内阻塞轮询套接字是否就绪*/
struct timeval tv;
tv.tv_sec = 5;
tv.tv_usec = 0;
int ret=select(listen_fd+1,&read_set,NULL,NULL,&tv);
/*step3 : select完成工作,即如果出现就绪或者超时 ,则返回*/
if(ret==-1){
cout<<"errno!"<<endl;
}
else if(ret==0){
cout<<"time out"<<endl;
}
else if(ret>0){
if(FD_ISSET(listen_fd,&read_set));
{
char *buffer=new char[10];
read(listen_fd,buffer,sizeof(buffer));
cout<<"Input String : "<endl;
}
}
}使用方法总结如下
接口
上面的使用涉及到了下面几个接口
fd_set
1.fd_set是一种位数组类型,
也就是说数组中的数组元素值只能是0或1
2.因为由上面小实例
可以看出 select要监听三种就绪事件(可读 可写 出错)
是通过先建立三个事件对应的位数组
然后三个位数组初始化
然后把要监听的套接字
在该套接字数组中置为1进行的
FD_SET
FD_SET(int fd, fd_set *set)
把文件描述符fd加入到
对应的监听列表( fd_set类型的位数组),
就是把数组中该文件描述符位的元素置1,
FD_CLR
FD_CLRint fd, fd_set *set)
把文件描述符fd踢出
出对应的监听列表( fd_set类型的位数组),
就是把数组中该文件描述符位的元素置0,
FD_ISSET
int FD_ISSETint fd, fd_set *set)
判断文件描述符fd是否
在set对应的事件中就绪( fd_set类型的位数组),
就是判断该位数组是否为1
是的话 返回1 否则返回0
FD_ZERO
FD_ISSET(fd_set *set)
对监听列表ser进行置0 相当于对其进行初始化
select
接口:
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
参数:
nfds 表示总共有几个要监管查询的套接字
通常被设定为所监听的最大文件描述符值+1
因为文件描述附是从0开始的
fd_set是一种位数组类型,
也就是说数组中的数组元素值只能是0或1
readfd表示要进行监管的读操作的套接字的数组,
writefds表示要进行监管的写操作套接字的数组
exceptfds表示要进行监管的异常事件套接字的数组
参数timeout表示每次查询停留的时间,
其中timeval结构体的格式如下
struct timeval {
long tv_sec; /* 秒数 */
long tv_usec; /* 毫秒数 */
}
阻塞情况:
3种情况:
设置为NULL,永远等下去(阻塞),
设置timeval,等待固定时间(固定时间阻塞),
设置timeval为0,检查描述字后立即返回,(非阻塞)
返回值:
3种情况:
在此期间只要有一个套接字就就绪了,
select就会返回停止阻塞
成功时返回就绪套接字数目
去判断自己感兴趣的套接字是否在其中
然后调用read /accept同步读写或者建立连接等IO操作进行响应
如果就绪就执行相应的处理
超时时返回0
失败时返回-1
同时设置errno
失败时候的errno可能有以下情况
EBADF 监听集合中传入了无效的文件描述符
EINTR select在工作过程中被信号中断了
EINVAL nfds 参数是负数或者超出了最大的数量限制
EINVAL The value contained within timeout is invalid.
ENOMEM 无法开辟内存
源码
源码框架
这里简单的总结了select源码的一个框架
点击查看大图
源码细节
将注释都写好了 细节可以看注释
select对应的系统调用如下
SYSCALL_DEFINE5(select, int, n, fd_set __user *, inp, fd_set __user *, outp,
fd_set __user *, exp, struct timeval __user *, tvp)
将其展开后得到如下函数
long sys_select(int n, fd_set __user * inp, fd_set __user * outp,
fd_set __user * exp, struct timeval __user * tvp)
SYSCALL_DEFINE5(select, int, n, fd_set __user *, inp, fd_set __user *, outp,
fd_set __user *, exp, struct timeval __user *, tvp)
{
/* 从应用层会传递过来三个需要监听的集合，可读，可写，异常 */
ret = core_sys_select(n, inp, outp, exp, to);
return ret;
}
接下来看core_sys_select
int core_sys_select(int n, fd_set __user *inp, fd_set __user *outp,
fd_set __user *exp, struct timespec *end_time)
{
/* 在栈上分配一段内存 */
long stack_fds[SELECT_STACK_ALLOC/sizeof(long)];
size = FDS_BYTES(n); //n个文件描述符需要多少个字节
/*
* 如果栈上的内存太小，那么就重新分配内存
* 为什么是除以6呢？
* 因为每个文件描述符要占6个bit(输入：可读，可写，异常；输出结果：可读，可写，异常)
*/
if (size > sizeof(stack_fds) / 6)
bits = kmalloc(6 * size, GFP_KERNEL);
/* 设置好bitmap对应的内存空间 */
fds.in = bits; //可读
fds.out = bits + size; //可写
fds.ex = bits + 2*size; //异常
fds.res_in = bits + 3*size; //返回结果，可读
fds.res_out = bits + 4*size; //返回结果，可写
fds.res_ex = bits + 5*size; //返回结果，异常
/* 将应用层的监听集合拷贝到内核空间 */
get_fd_set(n, inp, fds.in);
get_fd_set(n, outp, fds.out);
get_fd_set(n, exp, fds.ex);
/* 清空三个输出结果的集合 */
zero_fd_set(n, fds.res_in);
zero_fd_set(n, fds.res_out);
zero_fd_set(n, fds.res_ex);
/* 调用do_select阻塞，满足条件时返回 */
ret = do_select(n, &fds, end_time);
/* 将结果拷贝回应用层 */
set_fd_set(n, inp, fds.res_in);
set_fd_set(n, outp, fds.res_out);
set_fd_set(n, exp, fds.res_ex);
return ret;
}
下面来看一看do_select函数
int do_select(int n, fd_set_bits *fds, struct timespec *end_time)
{
for (;;) {
/* 遍历所有监听的文件描述符 */
for (i = 0; i < n; ++rinp, ++routp, ++rexp)
{
for (j = 0; j < __NFDBITS; ++j, ++i, bit <<= 1)
{
/* 调用每一个文件描述符对应驱动的poll函数，得到一个掩码 */
mask = (*f_op->poll)(file, wait);
/* 根据掩码设置相应的bit */
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++;
}
}
}
/* 如果条件满足，则退出 */
if (retval || timed_out || signal_pending(current))
break;
/* 调度，进程睡眠 */
poll_schedule_timeout(&table, TASK_INTERRUPTIBLE, to, slack);
}
}
do_select会遍历所有要监听的文件描述符，调用对应驱动程序的poll函数，驱动程序的poll一般实现如下
static unsigned int button_poll(struct file *fp, poll_table * wait)
{
unsigned int mask = 0;
/* 调用poll_wait */
poll_wait(fp, &wq, wait); //wq为自己定义的一个等待队列头
/* 如果条件满足，返回相应的掩码 */
if(condition)
mask |= POLLIN;
return mask;
}
看看poll_wait做了什么
static inline void poll_wait(struct file * filp, wait_queue_head_t * wait_address, poll_table *p)
{
if (p && wait_address)
p->qproc(filp, wait_address, p);
}
p->qproc在之前又被初始化为__pollwait
static void __pollwait(struct file *filp, wait_queue_head_t *wait_address,
poll_table *p)
{
/* 分配一个结构体 */
struct poll_table_entry *entry = poll_get_entry(pwq);
/* 将等待队列元素加入驱动程序的等待队列头中 */
add_wait_queue(wait_address, &entry->wait);
}
至此 select源码分析完毕
特性
select特点分析
select缺点：
(1)select能监听的文件描述符个数受限于FD_SETSIZE,
一般为1024
(2)源码中的do_select部分是采用for循环的形式来遍历的,
也就是select采用轮询的方式扫描文件描述符，
文件描述符数量越多，性能越差；
(3)源码中的code_sys_select在每次在轮询期间
都需要将用户态的监听位数组拷贝到内核态的fds对象中,
select需要复制大量的句柄数据结构到内核空间，
产生巨大的开销；
(4)select返回的是含有整个句柄的数组，
应用程序需要遍历整个数组才能发现哪些句柄发生了事件 比较繁琐；
(5)select的触发方式是水平触发，
应用程序如果没有完成
对一个已经就绪的文件描述符进行IO操作，
那么之后每次select调用还是会
将这些文件描述符通知进程。
select优点：
(1)用户可以在一个线程内
同时处理多个socket的IO请求。
同时没有多线程多进程那样耗费系统资源
(2)目前几乎在所有的平台上支持，
其良好跨平台支持也是它的一个优点
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