Linux网络编程|I/O复用：select调用详解（代码实现：待补充）-优快云博客

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IO复用

1.TCP的编程
在这里插入图片描述
从TCP的编程流程可以看出，一个客户端连接上服务器后，并不是时刻在给服务器发送数据，所以服务器程序大部分时间是在recv阻塞，为了提高服务器效率，需要将recv操作放在客户端发送数据之后，服务器程序不需要再recv阻塞，引出------->I/O复用。
2.I/O复用技术使得一个程序可以同时监管多个文件描述符，当某些文件描述符上有事件发生，程序在再去处理发生事件对的文件描述符。IO复用技术使得程序能够同时监听多个文件描述符，这对提高程序的性能至关重要。
3.Linux下实现IO复用的系统调用主要有select、poll和epoll，这三个都是负责对多个文件描述符监听特定的关注事件，其中epoll是Linux系统独有的。
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本文主要来看select，poll和epoll在后面文章介绍

以下情况下需要使用io复用：
1、客户端同时处理多个socket（如：非阻塞的connect技术）；
2、客户端程序需要同时处理用户输入和网络连接（如：聊天室程序）；
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（如：回射服务器）；
5、服务器同时监听多个端口，或者处理多种服务（xinetd服务器）；

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select

1.相关概念
（1）轮询：指的是一遍又一遍的循环监听从0到我们记录的这些文件描述符中的最大值。
（2）fd_set：一个结构体，该结构体中仅包含一个整型数组，这个整型数组的每个元素的每个位代表一个文件描述符（按位来表示文件描述符），故select能同时处理的文件描述符的最大数量是由这个数组的总位数决定，这个最大值为<sys/select.h>头文件中定义的一个常量FD_SETSIZE。
2.select系统调用原型

#include <sys/select.h>
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,
				fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

（1）nfds 参数指定了被监听的文件描述符的总数，它通常是readfds，writefds，exceptfds这三个描述符集中的最大描述符编号加1，因为文件描述符是从0开始计数的。
（2）readfds，writefds，exceptfds分别指向可读，可写，异常事件对应的文件描述符集合。应用程序调用select函数时，通过这三个参数传入自己感兴趣的文件描述符，轮询等待这些描述符有事件产生。select调用返回时，内核将修改它们来通知应用程序哪些文件描述符已经就绪。这3个参数是fd_set结构指针类型。
（3）头文件<sys/select.h>中fd_set结构体的定义是：

/* Maximum number of file descriptors in `fd_set'.  */
#define	FD_SETSIZE		__FD_SETSIZE

/* The fd_set member is required to be an array of longs.  */
typedef long int __fd_mask;

/* Some versions of <linux/posix_typeshygfdfsdgfhjkl.h> define these macros.  */
#undef	__NFDBITS
/* It's easier to assume 8-bit bytes than to get CHAR_BIT.  */
#define __NFDBITS	(8 * (int) sizeof (__fd_mask))

/* fd_set for select and pselect.  */
typedef struct
  {
    /* XPG4.2 requires this member name.  Otherwise avoid the name
       from the global namespace.  */
#ifdef __USE_XOPEN
    __fd_mask fds_bits[__FD_SETSIZE / __NFDBITS];
# define __FDS_BITS(set) ((set)->fds_bits)
#else
    __fd_mask __fds_bits[__FD_SETSIZE / __NFDBITS];
# define __FDS_BITS(set) ((set)->__fds_bits)
#endif
  } fd_set;

fd_set结构体仅包含一个整形数组，该数组的每个元素的每一位(bit)标记一个文件描述符。fd_set能容纳文件描述符的数量由FD_SETSIZE指定，这就限制了select能同时处理的文件描述符的总量。

文件描述符过于繁琐，一般使用下面的一系列宏来访问fd_set结构体中的位：

void FD_ZERO(fd_set *set); /* 清除fdset的所有位 */
void FD_SET(int fd, fd_set *set); /* 设置fdset的位fd */
void FD_CLR(int fd, fd_set *set); /* 清除fdset的位fd */
int  FD_ISSET(int fd, fd_set *set); /* 测试fdset的位fd是否被设置 */

（4）timeout参数用来设置select函数的超时时间，表示select愿意等待多长时间。它是一个timeval结构类型的指针，不过我们不能完全信任select调用返回后的timeout值，比如调用失败时timeout的值是不确定的，timeval结构体的定义如下：

struct timeval{
        long  tv_sec;     //单位：秒
        long  tv_usec;    //单位：微秒
};

由以上定义可见，select给我们提供了一个微妙级的定时方式

a.如果给timeval的成员都赋值0，则select将立即返回;
b.如果timeout设置为NULL，则select将一直阻塞，直到某个文件描述符就绪。
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select成功时返回就绪的文件描述符的总数，如果在超时时间内没有任何描述符就绪，select返回0，select失败返回-1并设置errno。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。
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select文件描述符的就绪条件

首先要明确一点，哪些情况下文件描述符可以被认为是可读、可写或者出现异常，对于select的使用是非常关键的。
1.socket可读的情况：
（1）socket内核接收缓存区中的字节数大于或等于其低水位标记SO_RCVLOWAT。此时可以无阻塞地读该socket，并且读操作返回的字节数大于0；
（2）socket通信对方关闭连接。此时对该socket读操作将返回0；
（3）监听socket上有新的连接请求；
（4）socket上有未处理的错误，此时我们可以使用getsockopt来读取和清除该错误。
2.socket可写的情况：
（1）socket内核发送缓冲区中的可用字节数大于或等于其低水位标记SO_SNDLOWAT。此时我们可以无阻塞写该socket，并且写操作返回的字节数大于0；
（2）socket写操作被关闭，对写操作被关闭的socket执行写操作将触发一个SIGPIPE信号；
（3）socket使用非阻塞connect连接成功或者失败（超时）之后；
（4）socket上有未处理的错误，此时我们可以使用getsockopt来读取和清除该错误。
3.网络程序中，select能处理的异常情况只有一种：socket上接收到带外数据

关于带外数据------------->参考此处<--------------------