Linux Select 使用

在Linux中，我们可以使用select函数实现I/O端口的复用，同时监视多个文件描述符变化，同时具备超时返回特点。
    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         int select(int maxfdp1, fd_set *readset, fd_set *writeset, fd_set *exceptset,struct timeval *timeout);

   返回：
    >0:就绪描述字的正数目
    0:超时
    -1:出错
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：

   对于 fd_set类型的变量我们所能做的就是声明一个变量，为变量赋一个同种类型变量的值，或者使用以下几个宏来控制它

        void FD_ZERO (fd_set *         void FD_SET (int fd,fd_set *fdset); // turn on the bit for fd in fdset

        void FD_CLR (int fd,fd_set *fdset); // turn off the bit for fd in fdset

        int

FD_ZERO宏将一个 fd_set类型变量的所有位都设为 0，使用FD_SET将变量的某个位置位。清除某个位时可以使用 FD_CLR，我们可以使用 FD_ISSET来测试某个位是否被置位。

具体解释select的参数：

（1）intmaxfdp是一个整数值，是指集合中所有文件描述符的范围，即所有文件描述符的最大值加1，不能错。

说明：对于这个原理的解释可以看上边fd_set的详细解释，fd_set是以位图的形式来存储这些文件描述符。maxfdp也就是定义了位图中有效的位的个数。
注意select函数的第一个参数，是所有加入集合的句柄值的最大那个值还要加1。比如我们创建了3个句柄：

int sa, sb, sc;
sa = socket(...); /* 分别创建3个句柄并连接到服务器上 */
connect(sa,...);
sb = socket(...);
connect(sb,...);
sc = socket(...);
connect(sc,...);
FD_SET(sa, &rdfds);/* 分别把3个句柄加入读监视集合里去 */
FD_SET(sb, &rdfds);
FD_SET(sc, &rdfds);

（2）fd_set*readfds是指向fd_set结构的指针，这个集合中应该包括文件描述符，我们是要监视这些文件描述符的读变化的，即我们关心是否可以从这些文件中读取数据了，如果这个集合中有一个文件可读，select就会返回一个大于0的值，表示有文件可读；如果没有可读的文件，则根据timeout参数再判断是否超时，若超出timeout的时间，select返回0，若发生错误返回负值。可以传入NULL值，表示不关心任何文件的读变化。

（3）fd_set*writefds是指向fd_set结构的指针，这个集合中应该包括文件描述符，我们是要监视这些文件描述符的写变化的，即我们关心是否可以向这些文件中写入数据了，如果这个集合中有一个文件可写，select就会返回一个大于0的值，表示有文件可写，如果没有可写的文件，则根据timeout参数再判断是否超时，若超出timeout的时间，select返回0，若发生错误返回负值。可以传入NULL值，表示不关心任何文件的写变化。

（4）fd_set*errorfds同上面两个参数的意图，用来监视文件错误异常文件。

（5）structtimeval* timeout是select的超时时间，这个参数至关重要，它可以使select处于三种状态，第一，若将NULL以形参传入，即不传入时间结构，就是将select置于阻塞状态，一定等到监视文件描述符集合中某个文件描述符发生变化为止；第二，若将时间值设为0秒0毫秒，就变成一个纯粹的非阻塞函数，不管文件描述符是否有变化，都立刻返回继续执行，文件无变化返回0，有变化返回一个正值；第三，timeout的值大于0，这就是等待的超时时间，即 select在timeout时间内阻塞，超时时间之内有事件到来就返回了，否则在超时后不管怎样一定返回，返回值同上述。

说明：

函数返回：

（1）当监视的相应的文件描述符集中满足条件时，比如说读文件描述符集中有数据到来时，内核(I/O)根据状态修改文件描述符集，并返回一个大于0的数。

（2）当没有满足条件的文件描述符，且设置的timeval监控时间超时时，select函数会返回一个为0的值。

（3）当select返回负值时，发生错误。

4 select 机制的优势

为什么会出现select模型？

先看一下下面的这句代码：
int iResult = recv(s, buffer,1024);
这是用来接收数据的，在默认的阻塞模式下的套接字里，recv会阻塞在那里，直到套接字连接上有数据可读，把数据读到buffer里后recv函数才会返 回，不然就会一直阻塞在那里。在单线程的程序里出现这种情况会导致主线程（单线程程序里只有一个默认的主线程）被阻塞,这样整个程序被锁死在这里，如果永 远没数据发送过来，那么程序就会被永远锁死。这个问题可以用多线程解决，但是在有多个套接字连接的情况下，这不是一个好的选择，扩展性很差。
再看代码：
int iResult = ioctlsocket(s, FIOBIO, (unsigned long *)&ul);
iResult = recv(s, buffer,1024);

这一次recv的调用不管套接字连接上有没有数据可以接收都会马上返回。原因就在于我们用ioctlsocket把套接字设置为非阻塞模式了。不过 你跟踪 一下就会发现，在没有数据的情况下，recv确实是马上返回了，但是也返回了一个错误：WSAEWOULDBLOCK，意思就是请求的操作没有成功完成。 看到这里很多人可能会说，那么就重复调用recv并检查返回值，直到成功为止，但是这样做效率很成问题，开销太大。

select模型的出现就是为了解决上述问题。

select模型的关键是使用一种有序的方式，对多个套接字进行统一管理与调度 。

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前循环加fd，取maxfd，select返回后利用FD_ISSET判断是否有事件发生。

利用select而不是fork来解决socket中的多客户问题，例程如下。
服务器端

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    int server_sockfd, client_sockfd;
    int server_len, client_len;
    struct sockaddr_in server_address;
    struct sockaddr_in client_address;
    int result;
    fd_set readfds, testfds;
    server_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);//建立服务器端socket
    server_address.sin_family = AF_INET;
    server_address.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    server_address.sin_port = htons(9734);
    server_len = sizeof(server_address);
    bind(server_sockfd, (struct sockaddr *)&server_address, server_len);
    listen(server_sockfd, 5);
    FD_ZERO(&readfds);
    FD_SET(server_sockfd, &readfds);//将服务器端socket加入到集合中
    while(1)
    {
        char ch;
        int fd;
        int nread;
        testfds = readfds;//将需要监视的描述符集copy到select查询队列中，select会对其修改，所以一定要分开使用变量
        printf("server waiting/n");

        /*无限期阻塞，并测试文件描述符变动 */
        result = select(FD_SETSIZE, &testfds, (fd_set *)0,(fd_set *)0, (struct timeval *) 0);
        if(result < 1)
        {
            perror("server5");
            exit(1);
        }

        /*扫描所有的文件描述符*/
        for(fd = 0; fd < FD_SETSIZE; fd++)
        {
            /*找到相关文件描述符*/
            if(FD_ISSET(fd,&testfds))
            {
                  /*判断是否为服务器套接字，是则表示为客户请求连接。*/
                if(fd == server_sockfd)
                {
                    client_len = sizeof(client_address);
                    client_sockfd = accept(server_sockfd,
                    (struct sockaddr *)&client_address, &client_len);
                    FD_SET(client_sockfd, &readfds);//将客户端socket加入到集合中
                    printf("adding client on fd %d/n", client_sockfd);
                }

                /*客户端socket中有数据请求时*/
                else
                {
                    ioctl(fd, FIONREAD, &nread);//取得数据量交给nread

                    /*客户数据请求完毕，关闭套接字，从集合中清除相应描述符 */
                    if(nread == 0)
                    {
                        close(fd);
                        FD_CLR(fd, &readfds); //去掉关闭的fd
                        printf("removing client on fd %d/n", fd);
                    }

                    /*处理客户数据请求*/
                    else
                    {
                        read(fd, &ch, 1);
                        sleep(5);
                        printf("serving client on fd %d/n", fd);
                        ch++;
                        write(fd, &ch, 1);
                    }
                }
            }
        }
    }
}

客户端

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    int client_sockfd;
    int len;
    struct sockaddr_in address;//服务器端网络地址结构体
     int result;
    char ch = 'A';
    client_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);//建立客户端socket
    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_addr.s_addr = inet_addr(“127.0.0.1”);
    address.sin_port = 9734;
    len = sizeof(address);
    result = connect(client_sockfd, (struct sockaddr *)&address, len);
    if(result == -1)
    {
         perror("oops: client2");
         exit(1);
    }
    write(client_sockfd, &ch, 1);
    read(client_sockfd, &ch, 1);
    printf("char from server = %c/n", ch);
    close(client_sockfd);
    zexit(0);
}