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。
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。
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：
#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:%sn", 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:%sn", strerror(errno)); return -1; } } fprintf(stdout, "accept a new client: %s:%dn", 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 :%sn", 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; }
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> #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:%sn", 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:%sn", strerror(errno)); return -1; } printf("client send to server .n"); write(sockfd, "hello server", 32); handle_connection(sockfd); return 0; }
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，希望大家多多支持脚本之家~
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