I/O多路复用模型之select（一）

原理：

select函数会等待，直到描述符句柄中有可用资源（可读、可写、异常）时返回，返回值是可用资源（可读/可写/异常等）描述符的个数(>0),0代表超时，-1代表错误。具体到内核大致是：当应用程序调用select() 函数, 内核就会相应调用 poll_wait()， 把当前进程添加到相应设备的等待队列上，然后将该应用程序进程设置为睡眠状态。直到该设备上的数据可以获取，然后调用wake_up()唤醒该应用程序进程。select每次轮训都会遍历所有描述符句柄。

函数接口：

 int select(int max_fd,fd_set * readfds,fd_set * writefds,fd_set * exceptfds,struct timeval * timeout); 

 max_fd   :fd+1

 readfds  :可读描述符句柄

 writefds ：可写描述符句柄

 exceptfds：异常描述符句柄

 timeout  ：超时时间 

 select函数的参数将告诉内核：

(1)我们所关心的对应描述符句柄

(2)对于每个描述符我们所关心的条件,是否可读，是否可写或是否异常

(3)希望等待多长时间,struct timeval * timeout

struct timeval{      

        long tv_sec;   /*秒 */

        long tv_usec;  /*微秒 */   

    }

timeout == NULL  等待无限长的时间；

timeout->tv_sec == 0 &&timeout->tv_usec == 0不等待，直接返回；

timeout->tv_sec !=0 ||timeout->tv_usec!= 0 等待指定的时间，超时后返回0，表示在一定时间内没有可用资源的描述符。

一个描述符句柄保存在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。

fd_set类型变量是一下几个宏来控制它：

#include   

int FD_ZERO(int fd, fd_set *fdset);   --将一个fd_set类型变量所有位设置为0

int FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);    --将fd_set类型变量中对应fd删除

int FD_SET(int fd, fd_set *fd_set);   --将fd添加到fd_set类型变量中，进而将fd_set类型变量的对应的位置位

int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);  --fd是否在fd_set类型变量中，对应为1说明资源可用

select函数执行结果：执行成功则返回文件描述词状态已改变的个数，如果返回0代表在描述词状态改变前已超过timeout时间，没有返回；当有错误发生时则返回-1，错误原因存于errno，此时参数readfds，writefds，exceptfds和timeout的值变成不可预测。错误

值可能为：

EBADF 文件描述词为无效的或该文件已关闭

EINTR 此调用被信号所中断

EINVAL 参数n 为负值。

ENOMEM 核心内存不足

从http://blog.csdn.net/lingfengtengfei/article/details/12392449中摘取“理解select模型：”

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）。

下面具体举个简单例子。

功能实现：

        服务器回复从客户端接收到的数据-->回显数据

#include<stdio.h>

#include<stdlib.h>

#include<unistd.h>

#include<errno.h>

#include<netdb.h>

#include<sys/types.h>

#include<sys/socket.h>

#include<netinet/in.h>

#include<arpa/inet.h>

#include<netdb.h>

#include<sys/time.h>

#include<string.h>

#include<sys/select.h>

#include<pthread.h>




/*************************
*用于返回最大文件描述值
*
*************************/
int max_fd(int a[], int num)
{
    int max = -1;
    int i = 0;
    for(i = 0; i < num; i++)
    {
        if(a[i] > max)
        {
            max = a[i];

        }
    }

    return max;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    int sockfd = 0;
    int confd = 0;
    int i = 0, j = 0;
    fd_set fd_read[2];
    int clifd[FD_SETSIZE]; /*存放监听以及已与客户连接的套接字*/
    int fd_count = 0; /*已经连接的套接字个数*/
    struct sockaddr_in seradd, cliadd;
    int fd_ret = 0;
    socklen_t cli_len = sizeof(cliadd);
    char readbuf[1024];
    char writebuf[1024];
    /*create sock;*/
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); /*此套接字是阻塞的*/
    if(sockfd < 0)
    {
        perror("sock create fail !!");
        exit(-1);
    }


    seradd.sin_family = AF_INET;
    seradd.sin_port = htons(8080);
    seradd.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

    /*bind*/
    if(-1 == (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&seradd, sizeof(struct sockaddr))))
    {
        perror("bind error");
        exit(-1);
    }

    /*listen*/
    if(-1 == (listen(sockfd, 5)))
    {
        perror("listen error");
        exit(-1);
    }

    //memset(&fd_read[0],0,sizeof(fd_read[0]));

    FD_ZERO(&fd_read[0]); /*清空fd_read[0]所有位*/
    FD_SET(sockfd, &fd_read[0]); /*将sockfd添加到fd_read[0]描述集中，也就是说将sockfd对应的fd_read[0]位中置位*/
    for(i = 0; i < FD_SETSIZE; i++)
    {
        clifd[i] = -1;
    }

    clifd[0] = sockfd;
    printf("--ser start work---\n");
    while(1)
    {
        FD_ZERO(&fd_read[1]);
        fd_read[1] = fd_read[0]; /*每次select后，没有达到条件的描述将被清空，所以每次都需要重新赋值*/
        /*进程将阻塞在select函数处，直到在整个队列中有读描述符可用为止，个人理解--内核检测整个队列，然后将可用的描述符返回（一个或多个，一个没有时将阻塞）*/
        fd_ret = select(max_fd(clifd, FD_SETSIZE) + 1, &fd_read[1], NULL, NULL, NULL); /*我们只关心读描述符集*/

        if(fd_ret < 0)
        {
            perror("select error");
        }
        else if(fd_ret > 0)
        {
            /*是监听套接字可读*/
            if(FD_ISSET(sockfd, &fd_read[1]) && (fd_count < FD_SETSIZE - 1))
            {

                confd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&cliadd, &cli_len); /*获取与客户端连接套接字*/
                if(-1 == confd)
                {
                    perror("confd error");
                }

                for(i = 1; i < FD_SETSIZE; i++)
                {
                    if(clifd[i] == -1)
                    {
                        clifd[i] = confd; /*将获得新连接套接字放到clifd数组中*/
                        FD_SET(confd, &fd_read[0]); /*将获得新连接套接字添加到读描述集中*/
                        fd_count++;
                        break;
                    }
                }
            }

            /*连接套接字可读*/
            for(j = 1; j < FD_SETSIZE; j++)
            {
                if(FD_ISSET(clifd[j], &fd_read[1]))
                {
                    /*从clifd[i]套接字中读取数据*/
                    if(read(clifd[j], readbuf, sizeof(readbuf)) <= 0)
                    {
                        perror("read data error");
                        FD_CLR(clifd[j], &fd_read[0]); /*将clifd[j]描述从读描述符集中删除*/
                        close(clifd[j]); /*关闭该套接字*/
                        clifd[j] = -1;
                        fd_count--;
                        continue;

                    }

                    strcpy(writebuf, readbuf);
                    printf("read data:%s\n", readbuf);
                    if(write(clifd[j], writebuf, sizeof(writebuf)) <= 0)
                    {
                        perror("write data error");
                        FD_CLR(clifd[j], &fd_read[0]);
                        close(clifd[j]);
                        clifd[j] = -1;
                        fd_count--;
                        continue;
                    }
                }
            }
        }


    }

}

注意：在使用select函数时，请注意一下几点

      1,select第一个参数是最大描述加1；

  2,描述集中在每次select后都要重新赋值，select函数会把不符合条件的对应位清空；

  3,如果有时间参数，在超时后，时间参数都必须重新赋值，否则会一直超时。

参考博客：

http://blog.chinaunix.net/uid-21275705-id-224351.html

http://blog.csdn.net/lingfengtengfei/article/details/12392449