IO多路复用之select总结
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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#include 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。
服务端程序如下所示：
1 #include2 #include 3 #include 4 #include 5 #include 6 #include 7 #include 8 #include 9 #include 10 #include 11 #include 12 #include 13 14 #define IPADDR "127.0.0.1" 15 #define PORT 8787 16 #define MAXLINE 1024 17 #define LISTENQ 5 18 #define SIZE 10 19 20 21 typedef struct server_context_st 22 { 23 int cli_cnt; /*客户端个数*/ 24 int clifds[SIZE]; /*客户端的个数*/ 25 fd_set allfds; /*句柄集合*/ 26 int maxfd; /*句柄最大值*/ 27 } server_context_st; 28 29 30 static server_context_st *s_srv_ctx = NULL; 31 32 33 /*=========================================================================== 34 * ==========================================================================*/ 35 static int create_server_proc(const char* ip,int port) 36 { 37 int fd; 38 struct sockaddr_in servaddr; 39 fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0); 40 if (fd == -1) { 41 fprintf(stderr, "create socket fail,erron:%d,reason:%s\n", 42 errno, strerror(errno)); 43 return -1; 44 } 45 46 int yes = 1; 47 if (setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &yes, sizeof(int)) == -1) { 48 return -1; 49 } 50 51 int reuse = 1; 52 if (setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse)) == -1) { 53 return -1; 54 } 55 56 bzero(&servaddr,sizeof(servaddr)); 57 servaddr.sin_family = AF_INET; 58 inet_pton(AF_INET,ip,&servaddr.sin_addr); 59 servaddr.sin_port = htons(port); 60 61 if (bind(fd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) == -1) { 62 perror("bind error: "); 63 return -1; 64 } 65 66 listen(fd,LISTENQ); 67 68 return fd; 69 } 70 71 static int accept_client_proc(int srvfd) 72 { 73 struct sockaddr_in cliaddr; 74 socklen_t cliaddrlen; 75 cliaddrlen = sizeof(cliaddr); 76 int clifd = -1; 77 78 printf("accpet clint proc is called.\n"); 79 80 ACCEPT: 81 clifd = accept(srvfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&cliaddrlen); 82 83 if (clifd == -1) { 84 if (errno == EINTR) { 85 goto ACCEPT; 86 } else { 87 fprintf(stderr, "accept fail,error:%s\n", strerror(errno)); 88 return -1; 89 } 90 } 91 92 fprintf(stdout, "accept a new client: %s:%d\n", 93 inet_ntoa(cliaddr.sin_addr),cliaddr.sin_port); 94 95 //将新的连接描述符添加到数组中 96 int i = 0; 97 for (i = 0; i < SIZE; i++) { 98 if (s_srv_ctx->clifds[i] < 0) { 99 s_srv_ctx->clifds[i] = clifd;100 s_srv_ctx->cli_cnt++;101 break;102 }103 }104 105 if (i == SIZE) {106 fprintf(stderr,"too many clients.\n");107 return -1;108 }109 110 }111 112 static int handle_client_msg(int fd, char *buf) 113 {114 assert(buf);115 116 printf("recv buf is :%s\n", buf);117 118 write(fd, buf, strlen(buf) +1);119 120 return 0;121 }122 123 static void recv_client_msg(fd_set *readfds)124 {125 int i = 0, n = 0;126 int clifd;127 char buf[MAXLINE] = { 0};128 for (i = 0;i <= s_srv_ctx->cli_cnt;i++) {129 clifd = s_srv_ctx->clifds[i];130 if (clifd < 0) {131 continue;132 }133 134 if (FD_ISSET(clifd, readfds)) {135 //接收客户端发送的信息136 n = read(clifd, buf, MAXLINE);137 if (n <= 0) {138 FD_CLR(clifd, &s_srv_ctx->allfds);139 close(clifd);140 s_srv_ctx->clifds[i] = -1;141 continue;142 }143 144 handle_client_msg(clifd, buf);145 }146 }147 }148 static void handle_client_proc(int srvfd)149 {150 int clifd = -1;151 int retval = 0;152 fd_set *readfds = &s_srv_ctx->allfds;153 struct timeval tv;154 int i = 0;155 156 while (1) {157 158 /*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*/159 /*添加监听套接字*/160 FD_ZERO(readfds);161 FD_SET(srvfd, readfds);162 s_srv_ctx->maxfd = srvfd;163 164 tv.tv_sec = 30;165 tv.tv_usec = 0;166 167 /*添加客户端套接字*/168 for (i = 0; i < s_srv_ctx->cli_cnt; i++) {169 clifd = s_srv_ctx->clifds[i];170 FD_SET(clifd, readfds);171 s_srv_ctx->maxfd = (clifd > s_srv_ctx->maxfd ? clifd : s_srv_ctx->maxfd);172 }173 174 retval = select(s_srv_ctx->maxfd + 1, readfds, NULL, NULL, &tv);175 176 if (retval == -1) {177 fprintf(stderr, "select error:%s.\n", strerror(errno));178 return;179 }180 181 if (retval == 0) {182 fprintf(stdout, "select is timeout.\n");183 continue;184 }185 186 if (FD_ISSET(srvfd, readfds)) {187 /*监听客户端请求*/188 accept_client_proc(srvfd);189 } else {190 /*接受处理客户端消息*/191 recv_client_msg(readfds);192 }193 }194 }195 196 197 static void server_uninit()198 {199 if (s_srv_ctx) {200 free(s_srv_ctx);201 s_srv_ctx = NULL;202 }203 }204 205 static int server_init()206 {207 s_srv_ctx = (server_context_st *)malloc(sizeof(server_context_st));208 if (s_srv_ctx == NULL) {209 return -1;210 }211 212 memset(s_srv_ctx, 0, sizeof(server_context_st));213 214 int i = 0;215 for (;i < SIZE; i++) {216 s_srv_ctx->clifds[i] = -1;217 }218 219 return 0;220 }221 222 int main(int argc,char *argv[])223 {224 int srvfd;225 226 if (server_init() < 0) {227 return -1;228 }229 230 srvfd = create_server_proc(IPADDR, PORT);231 if (srvfd < 0) {232 fprintf(stderr, "socket create or bind fail.\n");233 goto err;234 }235 236 handle_client_proc(srvfd);237 238 return 0;239 240 err:241 server_uninit();242 return -1;243 }
客户端程序如下：
1 #include2 #include 3 #include 4 #include 5 #include 6 #include 7 #include 8 #include 9 #include 10 #include 11 12 #define MAXLINE 102413 #define IPADDRESS "127.0.0.1"14 #define SERV_PORT 878715 16 #define max(a,b) (a > b) ? a : b17 18 static void handle_recv_msg(int sockfd, char *buf) 19 {20 printf("client recv msg is:%s\n", buf);21 sleep(5);22 write(sockfd, buf, strlen(buf) +1);23 }24 25 static void handle_connection(int sockfd)26 {27 char sendline[MAXLINE],recvline[MAXLINE];28 int maxfdp,stdineof;29 fd_set readfds;30 int n;31 struct timeval tv;32 int retval = 0;33 34 while (1) {35 36 FD_ZERO(&readfds);37 FD_SET(sockfd,&readfds);38 maxfdp = sockfd;39 40 tv.tv_sec = 5;41 tv.tv_usec = 0;42 43 retval = select(maxfdp+1,&readfds,NULL,NULL,&tv);44 45 if (retval == -1) {46 return ;47 }48 49 if (retval == 0) {50 printf("client timeout.\n");51 continue;52 }53 54 if (FD_ISSET(sockfd, &readfds)) {55 n = read(sockfd,recvline,MAXLINE);56 if (n <= 0) {57 fprintf(stderr,"client: server is closed.\n");58 close(sockfd);59 FD_CLR(sockfd,&readfds);60 return;61 }62 63 handle_recv_msg(sockfd, recvline);64 }65 }66 }67 68 int main(int argc,char *argv[])69 {70 int sockfd;71 struct sockaddr_in servaddr;72 73 sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);74 75 bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));76 servaddr.sin_family = AF_INET;77 servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);78 inet_pton(AF_INET,IPADDRESS,&servaddr.sin_addr);79 80 int retval = 0;81 retval = connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));82 if (retval < 0) {83 fprintf(stderr, "connect fail,error:%s\n", strerror(errno));84 return -1;85 }86 87 printf("client send to server .\n");88 write(sockfd, "hello server", 32);89 90 handle_connection(sockfd);91 92 return 0;93 }
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：
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