linux select I/O复用实现服务器端编程

今天药忘吃喽~ 2022-03-08 18:48 120阅读 0赞

在Linux中，我们可以使用select函数实现I/O端口的复用，传递给 select函数的参数会告诉内核：  
我们所关心的文件描述符  
对每个描述符，我们所关心的状态。(我们是要想从一个文件描述符中读或者写，还是关注一个描述符中是否出现异常)  
我们要等待多长时间。(我们可以等待无限长的时间，等待固定的一段时间，或者根本就不等待)

从 select函数返回后，内核告诉我们一下信息：  
对我们的要求已经做好准备的描述符的个数  
对于三种条件哪些描述符已经做好准备.(读，写，异常)

有了这些返回信息，我们可以调用合适的I/O函数(通常是 read 或 write)，并且这些函数不会再阻塞.

\#include <sys/select.h>

int select(int maxfdp1, fd_set *readset, fd_set *writeset, fd_set *exceptset,struct timeval *timeout);

返回：做好准备的文件描述符的个数，超时为0，错误为 -1.

首先我们先看一下最后一个参数。它指明我们要等待的时间：

struct timeval\{

long tv_sec;   /*秒 */
    
        long tv_usec;  /*微秒 */   
    
    }

有三种情况：

timeout == NULL  等待无限长的时间。等待可以被一个信号中断。当有一个描述符做好准备或者是捕获到一个信号时函数会返回。如果捕获到一个信号， select函数将返回 -1,并将变量 erro设为 EINTR。
    
    timeout->tv_sec == 0 &&timeout->tv_usec == 0不等待，直接返回。加入描述符集的描述符都会被测试，并且返回满足要求的描述符的个数。这种方法通过轮询，无阻塞地获得了多个文件描述符状态。
    
    timeout->tv_sec !=0 ||timeout->tv_usec!= 0 等待指定的时间。当有描述符符合条件或者超过超时时间的话，函数返回。在超时时间即将用完但又没有描述符合条件的话，返回 0。对于第一种情况，等待也会被信号所中断。

中间的三个参数 readset, writset, exceptset,指向描述符集。这些参数指明了我们关心哪些描述符，和需要满足什么条件(可写，可读，异常)。一个文件描述集保存在 fd\_set 类型中。fd\_set类型变量每一位代表了一个描述符。我们也可以认为它只是一个由很多二进制位构成的数组。如下图所示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwMDA4MzI1_size_16_color_FFFFFF_t_70]

理解select模型：

理解select模型的关键在于理解fd\_set,为说明方便，取fd\_set长度为1字节，fd\_set中的每一bit可以对应一个文件描述符fd。则1字节长的fd\_set最大可以对应8个fd。

（1）执行fd\_set set;FD\_ZERO(&set);则set用位表示是0000,0000。

（2）若fd＝5,执行FD\_SET(fd,&set);后set变为0001,0000(第5位置为1)

（3）若再加入fd＝2，fd=1,则set变为0001,0011

（4）执行select(6,&set,0,0,0)阻塞等待

（5）若fd=1,fd=2上都发生可读事件，则select返回，此时set变为0000,0011。注意：没有事件发生的fd=5被清空。

基于上面的讨论，可以轻松得出select模型的特点：

（1)可监控的文件描述符个数取决与sizeof(fd\_set)的值。我这边服务器上sizeof(fd\_set)＝512，每bit表示一个文件描述符，则我服务器上支持的最大文件描述符是512\*8=4096。据说可调，另有说虽然可调，但调整上限受于编译内核时的变量值。

（2）将fd加入select监控集的同时，还要再使用一个数据结构array保存放到select监控集中的fd，一是用于再select返回后，array作为源数据和fd\_set进行FD\_ISSET判断。二是select返回后会把以前加入的但并无事件发生的fd清空，则每次开始 select前都要重新从array取得fd逐一加入（FD\_ZERO最先），扫描array的同时取得fd最大值maxfd，用于select的第一个参数。

（3）可见select模型必须在select前循环array（加fd，取maxfd），select返回后循环array（FD\_ISSET判断是否有时间发生）。

我们最熟悉的句柄是0、1、2三个，0是标准输入，1是标准输出，2是标准错误输出。0、1、2是整数表示的，对应的FILE \*结构的表示就是stdin、stdout、stderr。

代码服务器端实现：

#include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <string.h>
    #include <errno.h>
    #include <unistd.h>
    #include <time.h>
    #include <sys/socket.h>
    #include <sys/select.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <netinet/in.h>
    #include <arpa/inet.h>
    #include <netdb.h>
    #include <fcntl.h>
    
    
    #define PORT 8888
    #define MAX_LINE 2048
    #define LISTENQ 20
    
    
    int main(int argc , char **argv)
    {
    	int i, maxi, maxfd, listenfd, connfd, sockfd;
    
    	int nready , client[FD_SETSIZE];
    	
    	ssize_t n, ret;
    		
    	fd_set rset , allset;
    
    	char buf[MAX_LINE];
    
    	socklen_t clilen;
    
    	struct sockaddr_in servaddr , cliaddr;
    
    	/*(1) 得到监听描述符*/
    	listenfd = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0);
    
    	/*(2) 绑定套接字*/
    	bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
    	servaddr.sin_family = AF_INET;
    	servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    	servaddr.sin_port = htons(PORT);
    
    	bind(listenfd , (struct sockaddr *)&servaddr , sizeof(servaddr));
    
    	/*(3) 监听*/
    	listen(listenfd , LISTENQ);
    
    	/*(4) 设置select*/
    	maxfd = listenfd;
    	maxi = -1;
    	for(i=0 ; i<FD_SETSIZE ; ++i)
    	{
    		client[i] = -1;
    	}//for
    	FD_ZERO(&allset);
    	FD_SET(listenfd , &allset);
    
    	/*(5) 进入服务器接收请求死循环*/
    	while(1)
    	{
    		rset = allset;
    		nready = select(maxfd+1 , &rset , NULL , NULL , NULL);
    		
    		if(FD_ISSET(listenfd , &rset))
    		{
    			/*接收客户端的请求*/
    			clilen = sizeof(cliaddr);
    
    			printf("\naccpet connection~\n");
    
    			if((connfd = accept(listenfd , (struct sockaddr *)&cliaddr , &clilen)) < 0)
    			{
    				perror("accept error.\n");
    				exit(1);
    			}//if		
    
    			printf("accpet a new client: %s:%d\n", inet_ntoa(cliaddr.sin_addr) , cliaddr.sin_port);
    
    			/*将客户链接套接字描述符添加到数组*/
    			for(i=0 ; i<FD_SETSIZE ; ++i)
    			{
    				if(client[i] < 0)
    				{
    					client[i] = connfd;
    					break;
    				}//if
    			}//for
    
    			if(FD_SETSIZE == i)
    			{
    				perror("too many connection.\n");
    				exit(1);
    			}//if
    
    			FD_SET(connfd , &allset);
    			if(connfd > maxfd)
    				maxfd = connfd;
    			if(i > maxi)
    				maxi = i;
    
    			if(--nready < 0)
    				continue;
    		}//if
    
    		for(i=0; i<=maxi ; ++i)
    		{
    			if((sockfd = client[i]) < 0)
    				continue;
    			if(FD_ISSET(sockfd , &rset))
    			{
    				/*处理客户请求*/
    				printf("\nreading the socket~~~ \n");
    				
    				bzero(buf , MAX_LINE);
    				if((n = read(sockfd , buf , MAX_LINE)) <= 0)
    				{
    					close(sockfd);
    					FD_CLR(sockfd , &allset);
    					client[i] = -1;
    				}//if
    				else{
    					printf("clint[%d] send message: %s\n", i , buf);
    					if((ret = write(sockfd , buf , n)) != n)	
    					{
    						printf("error writing to the sockfd!\n");
    						break;
    					}//if
    				}//else
    				if(--nready <= 0)
    					break;
    			}//if
    		}//for
    	}//while
    }

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwMDA4MzI1_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220308/df8f6f3907ee4c3da7a3a23120598ad8.png