IO多路复用之select全面总结(必看篇)
1、基本概念
io多路复用是指内核一旦发现进程指定的一个或者多个io条件准备读取，它就通知该进程。io多路复用适用如下场合：
（1）当客户处理多个描述字时（一般是交互式输入和网络套接口），必须使用i/o复用。
（2）当一个客户同时处理多个套接口时，而这种情况是可能的，但很少出现。
（3）如果一个tcp服务器既要处理监听套接口，又要处理已连接套接口，一般也要用到i/o复用。
（4）如果一个服务器即要处理tcp，又要处理udp，一般要使用i/o复用。
（5）如果一个服务器要处理多个服务或多个协议，一般要使用i/o复用。
与多进程和多线程技术相比，i/o多路复用技术的最大优势是系统开销小，系统不必创建进程/线程，也不必维护这些进程/线程，从而大大减小了系统的开销。
2、select函数
该函数准许进程指示内核等待多个事件中的任何一个发送，并只在有一个或多个事件发生或经历一段指定的时间后才唤醒。函数原型如下：
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
int select(int maxfdp1,fd_set *readset,fd_set *writeset,fd_set *exceptset,const struct timeval *timeout)
返回值：就绪描述符的数目，超时返回0，出错返回-1
函数参数介绍如下：
（1）第一个参数maxfdp1指定待测试的描述字个数，它的值是待测试的最大描述字加1（因此把该参数命名为maxfdp1），描述字0、1、2...maxfdp1-1均将被测试。
因为文件描述符是从0开始的。
（2）中间的三个参数readset、writeset和exceptset指定我们要让内核测试读、写和异常条件的描述字。如果对某一个的条件不感兴趣，就可以把它设为空指针。struct fd_set可以理解为一个集合，这个集合中存放的是文件描述符，可通过以下四个宏进行设置：
void fd_zero(fd_set *fdset); //清空集合
void fd_set(int fd, fd_set *fdset); //将一个给定的文件描述符加入集合之中
void fd_clr(int fd, fd_set *fdset); //将一个给定的文件描述符从集合中删除
int fd_isset(int fd, fd_set *fdset); // 检查集合中指定的文件描述符是否可以读写
（3）timeout告知内核等待所指定描述字中的任何一个就绪可花多少时间。其timeval结构用于指定这段时间的秒数和微秒数。
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struct timeval{
long tv_sec; //seconds
long tv_usec; //microseconds
};
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这个参数有三种可能：
（1）永远等待下去：仅在有一个描述字准备好i/o时才返回。为此，把该参数设置为空指针null。
（2）等待一段固定时间：在有一个描述字准备好i/o时返回，但是不超过由该参数所指向的timeval结构中指定的秒数和微秒数。
（3）根本不等待：检查描述字后立即返回，这称为轮询。为此，该参数必须指向一个timeval结构，而且其中的定时器值必须为0。
原理图：
3、测试程序
写一个tcp回射程序，程序的功能是：客户端向服务器发送信息，服务器接收并原样发送给客户端，客户端显示出接收到的信息。
服务端程序如下：
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <assert.h>
#define ipaddr "127.0.0.1"
#define port 8787
#define maxline 1024
#define listenq 5
#define size 10
typedef struct server_context_st
{
int cli_cnt; /*客户端个数*/
int clifds[size]; /*客户端的个数*/
fd_set allfds; /*句柄集合*/
int maxfd; /*句柄最大值*/
} server_context_st;
static server_context_st *s_srv_ctx = null;
/*===========================================================================
* ==========================================================================*/
static int create_server_proc(const char* ip,int port)
{
int fd;
struct sockaddr_in servaddr;
fd = socket(af_inet, sock_stream,0);
if (fd == -1) {
fprintf(stderr, "create socket fail,erron:%d,reason:%s\n",
errno, strerror(errno));
return -1;
}
/*一个端口释放后会等待两分钟之后才能再被使用，so_reuseaddr是让端口释放后立即就可以被再次使用。*/
int reuse = 1;
if (setsockopt(fd, sol_socket, so_reuseaddr, &reuse, sizeof(reuse)) == -1) {
return -1;
}
bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = af_inet;
inet_pton(af_inet,ip,&servaddr.sin_addr);
servaddr.sin_port = htons(port);
if (bind(fd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) == -1) {
perror("bind error: ");
return -1;
}
listen(fd,listenq);
return fd;
}
static int accept_client_proc(int srvfd)
{
struct sockaddr_in cliaddr;
socklen_t cliaddrlen;
cliaddrlen = sizeof(cliaddr);
int clifd = -1;
printf("accpet clint proc is called.\n");
accept:
clifd = accept(srvfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&cliaddrlen);
if (clifd == -1) {
if (errno == eintr) {
goto accept;
} else {
fprintf(stderr, "accept fail,error:%s\n", strerror(errno));
return -1;
}
}
fprintf(stdout, "accept a new client: %s:%d\n",
inet_ntoa(cliaddr.sin_addr),cliaddr.sin_port);
//将新的连接描述符添加到数组中
int i = 0;
for (i = 0; i < size; i++) {
if (s_srv_ctx->clifds[i] < 0) {
s_srv_ctx->clifds[i] = clifd;
s_srv_ctx->cli_cnt++;
break;
}
}
if (i == size) {
fprintf(stderr,"too many clients.\n");
return -1;
}
101 }
static int handle_client_msg(int fd, char *buf)
{
assert(buf);
printf("recv buf is :%s\n", buf);
write(fd, buf, strlen(buf) +1);
return 0;
}
static void recv_client_msg(fd_set *readfds)
{
int i = 0, n = 0;
int clifd;
char buf[maxline] = {0};
for (i = 0;i <= s_srv_ctx->cli_cnt;i++) {
clifd = s_srv_ctx->clifds[i];
if (clifd < 0) {
continue;
}
/*判断客户端套接字是否有数据*/
if (fd_isset(clifd, readfds)) {
//接收客户端发送的信息
n = read(clifd, buf, maxline);
if (n <= 0) {
/*n==0表示读取完成，客户都关闭套接字*/
fd_clr(clifd, &s_srv_ctx->allfds);
close(clifd);
s_srv_ctx->clifds[i] = -1;
continue;
}
handle_client_msg(clifd, buf);
}
}
}
static void handle_client_proc(int srvfd)
{
int clifd = -1;
int retval = 0;
fd_set *readfds = &s_srv_ctx->allfds;
struct timeval tv;
int i = 0;
while (1) {
/*每次调用select前都要重新设置文件描述符和时间，因为事件发生后，文件描述符和时间都被内核修改啦*/
fd_zero(readfds);
/*添加监听套接字*/
fd_set(srvfd, readfds);
s_srv_ctx->maxfd = srvfd;
tv.tv_sec = 30;
tv.tv_usec = 0;
/*添加客户端套接字*/
for (i = 0; i < s_srv_ctx->cli_cnt; i++) {
clifd = s_srv_ctx->clifds[i];
/*去除无效的客户端句柄*/
if (clifd != -1) {
fd_set(clifd, readfds);
}
s_srv_ctx->maxfd = (clifd > s_srv_ctx->maxfd ? clifd : s_srv_ctx->maxfd);
}
/*开始轮询接收处理服务端和客户端套接字*/
retval = select(s_srv_ctx->maxfd + 1, readfds, null, null, &tv);
if (retval == -1) {
fprintf(stderr, "select error:%s.\n", strerror(errno));
return;
}
if (retval == 0) {
fprintf(stdout, "select is timeout.\n");
continue;
}
if (fd_isset(srvfd, readfds)) {
/*监听客户端请求*/
accept_client_proc(srvfd);
} else {
/*接受处理客户端消息*/
recv_client_msg(readfds);
}
}
}
static void server_uninit()
{
if (s_srv_ctx) {
free(s_srv_ctx);
s_srv_ctx = null;
}
}
static int server_init()
{
s_srv_ctx = (server_context_st *)malloc(sizeof(server_context_st));
if (s_srv_ctx == null) {
return -1;
}
memset(s_srv_ctx, 0, sizeof(server_context_st));
int i = 0;
for (;i < size; i++) {
s_srv_ctx->clifds[i] = -1;
}
return 0;
}
int main(int argc,char *argv[])
{
int srvfd;
/*初始化服务端context*/
if (server_init() < 0) {
return -1;
}
/*创建服务,开始监听客户端请求*/
srvfd = create_server_proc(ipaddr, port);
if (srvfd < 0) {
fprintf(stderr, "socket create or bind fail.\n");
goto err;
}
/*开始接收并处理客户端请求*/
handle_client_proc(srvfd);
server_uninit();
return 0;
err:
server_uninit();
return -1;
}
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客户端程序如下：
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#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/select.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <errno.h>
#define maxline 1024
#define ipaddress "127.0.0.1"
#define serv_port 8787
#define max(a,b) (a > b) ? a : b
static void handle_recv_msg(int sockfd, char *buf)
{
printf("client recv msg is:%s\n", buf);
sleep(5);
write(sockfd, buf, strlen(buf) +1);
}
static void handle_connection(int sockfd)
{
char sendline[maxline],recvline[maxline];
int maxfdp,stdineof;
fd_set readfds;
int n;
struct timeval tv;
int retval = 0;
while (1) {
fd_zero(&readfds);
fd_set(sockfd,&readfds);
maxfdp = sockfd;
tv.tv_sec = 5;
tv.tv_usec = 0;
retval = select(maxfdp+1,&readfds,null,null,&tv);
if (retval == -1) {
return ;
}
if (retval == 0) {
printf("client timeout.\n");
continue;
}
if (fd_isset(sockfd, &readfds)) {
n = read(sockfd,recvline,maxline);
if (n <= 0) {
fprintf(stderr,"client: server is closed.\n");
close(sockfd);
fd_clr(sockfd,&readfds);
return;
}
handle_recv_msg(sockfd, recvline);
}
}
}
int main(int argc,char *argv[])
{
int sockfd;
struct sockaddr_in servaddr;
sockfd = socket(af_inet,sock_stream,0);
bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = af_inet;
servaddr.sin_port = htons(serv_port);
inet_pton(af_inet,ipaddress,&servaddr.sin_addr);
int retval = 0;
retval = connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));
if (retval < 0) {
fprintf(stderr, "connect fail,error:%s\n", strerror(errno));
return -1;
}
printf("client send to server .\n");
write(sockfd, "hello server", 32);
handle_connection(sockfd);
return 0;
}
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4、程序结果
启动服务程序，执行三个个客户程序进行测试，结果如下图所示：
以上就是小编为大家带来的io多路复用之select全面总结(必看篇)全部内容了，希望大家多多支持~
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