IO多路复用之select总结

   转自：http://www.cnblogs.com/Anker/archive/2013/08/14/3258674.html

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。

（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。

         struct timeval{

                   long tv_sec;   //seconds

                   long tv_usec;  //microseconds

       };

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。

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。

服务端程序如下所示：

#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 <unistd.h>
 #include <sys/types.h>

 #define IPADDRESS "127.0.0.1"
 #define PORT        8787
 #define MAXLINE     1024
 #define LISTENQ     5

 //函数声明
 //创建套接字并进行绑定
 static int socket_bind(const char* ip,int port);
 //IO多路复用select
 static void do_select(int listenfd);
 //处理多个连接
 static void handle_connection(int *connfds,int num,fd_set *prset,fd_set *pallset);

 int main(int argc,char *argv[])
 {
     int listenfd,connfd,sockfd;
     struct sockaddr_in cliaddr;
     socklen_t cliaddrlen;
     listenfd = socket_bind(IPADDRESS,PORT);
     listen(listenfd,LISTENQ);
     do_select(listenfd);
     return 0;
 }

 static int socket_bind(const char* ip,int port)
 {
     int listenfd;
     struct sockaddr_in servaddr;
     listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
     if (listenfd == -1)
     {
         perror("socket error:");
         exit(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(listenfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) == -1)
     {
         perror("bind error: ");
         exit(1);
     }
     return listenfd;
 }

 static void do_select(int listenfd)
 {
     int connfd,sockfd;
     struct sockaddr_in cliaddr;
     socklen_t cliaddrlen;
     fd_set  rset,allset;
     int maxfd,maxi;
     int i;
     int clientfds[FD_SETSIZE]; //保存客户连接描述符
     int nready;
     //初始化客户连接描述符
     for (i = 0;i < FD_SETSIZE;i++)
         clientfds[i] = -1;
     maxi = -1;
     FD_ZERO(&allset);
     //添加监听描述符
     FD_SET(listenfd,&allset);
     maxfd = listenfd;
     //循环处理
     for ( ; ; )
     {
         rset = allset;
         //获取可用描述符的个数
         nready = select(maxfd+1,&rset,NULL,NULL,NULL);
         if (nready == -1)
         {
             perror("select error:");
             exit(1);
         }
         //测试监听描述符是否准备好
         if (FD_ISSET(listenfd,&rset))
         {
             cliaddrlen = sizeof(cliaddr);
             //接受新的连接
             if ((connfd = accept(listenfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&cliaddrlen)) == -1)
             {
                 if (errno == EINTR)
                     continue;
                 else
                 {
                    perror("accept error:");
                    exit(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
             for (i = 0;i <FD_SETSIZE;i++)
             {
                 if (clientfds[i] < 0)
                 {
                     clientfds[i] = connfd;
                     break;
                 }
             }
             if (i == FD_SETSIZE)
             {
                 fprintf(stderr,"too many clients.\n");
                 exit(1);
             }
             //将新的描述符添加到读描述符集合中
             FD_SET(connfd,&allset);
             //描述符个数
             maxfd = (connfd > maxfd ? connfd : maxfd);
             //记录客户连接套接字的个数
             maxi = (i > maxi ? i : maxi);
             if (--nready <= 0)
                 continue;
         }
         //处理客户连接
         handle_connection(clientfds,maxi,&rset,&allset);
     }
 }

 static void handle_connection(int *connfds,int num,fd_set *prset,fd_set *pallset)
 {
     int i,n;
     char buf[MAXLINE];
     memset(buf,0,MAXLINE);
     for (i = 0;i <= num;i++)
     {
         if (connfds[i] < 0)
             continue;
         //测试客户描述符是否准备好
         if (FD_ISSET(connfds[i],prset))
         {
             //接收客户端发送的信息
             n = read(connfds[i],buf,MAXLINE);
             if (n == 0)
             {
                 close(connfds[i]);
                 FD_CLR(connfds[i],pallset);
                 connfds[i] = -1;
                 continue;
             }
             printf("read msg is: ");
             write(STDOUT_FILENO,buf,n);
             //向客户端发送buf
             write(connfds[i],buf,n);
         }
     }
 }

客户端程序如下：

#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>

 #define MAXLINE     1024
 #define IPADDRESS "127.0.0.1"
 #define SERV_PORT   8787

 #define max(a,b) (a > b) ? a : b

 static void handle_connection(int sockfd);

 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);
     connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));
     //处理连接描述符
     handle_connection(sockfd);
     return 0;
 }

 static void handle_connection(int sockfd)
 {
     char    sendline[MAXLINE],recvline[MAXLINE];
     int maxfdp,stdineof;
     fd_set  rset;
     int n;
     FD_ZERO(&rset);
     for (; ;)
     {
         //添加标准输入描述符
         FD_SET(STDIN_FILENO,&rset);
         //添加连接描述符
         FD_SET(sockfd,&rset);
         maxfdp = max(STDIN_FILENO,sockfd);
         //进行轮询
         select(maxfdp+1,&rset,NULL,NULL,NULL);
         //测试连接套接字是否准备好
         if (FD_ISSET(sockfd,&rset))
         {
             n = read(sockfd,recvline,MAXLINE);
             if (n == 0)
             {
                     fprintf(stderr,"client: server is closed.\n");
                     close(sockfd);
                     FD_CLR(sockfd,&rset);
             }
             write(STDOUT_FILENO,recvline,n);
         }
         //测试标准输入是否准备好
         if (FD_ISSET(STDIN_FILENO,&rset))
         {
             n = read(STDIN_FILENO,sendline,MAXLINE);
             if (n == 0)
             {
                 FD_CLR(STDIN_FILENO,&rset);
                 continue;
             }
             write(sockfd,sendline,n);
         }
     }
 }

4、程序结果

　　启动服务程序，执行两个客户程序进行测试，结果如下图所示：