IO多路复用之select总结

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。

服务端程序如下所示：

[cpp] view
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#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:%s\n",

errno, strerror(errno));

return -1;

}

int yes = 1;

if (setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &yes, sizeof(int)) == -1) {

return -1;

}

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");

while(1){

clifd = accept(srvfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&cliaddrlen);

if (clifd == -1) {

if (errno == EINTR) {

continue;

} else {

fprintf(stderr, "accept fail,error:%s\n", strerror(errno));

return -1;

}

}

else

break;

}

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

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;

}

}

static int handle_client_msg(int fd, char *buf)

{

assert(buf);

printf("recv buf is :%s\n", 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;

}

if (FD_ISSET(clifd, readfds)) {

//接收客户端发送的信息

n = read(clifd, buf, MAXLINE);

if (n <= 0) {

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*/

/*添加监听套接字*/

FD_ZERO(readfds);

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];

FD_SET(clifd, readfds);

s_srv_ctx->maxfd = (clifd > s_srv_ctx->maxfd ? clifd : s_srv_ctx->maxfd);

}

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;

if (server_init() < 0) {

return -1;

}

srvfd = create_server_proc(IPADDR, PORT);

if (srvfd < 0) {

fprintf(stderr, "socket create or bind fail.\n");

server_uninit();

return -1;

}

handle_client_proc(srvfd);

return 0;

}

客户端程序如下：

[cpp] view
plain copy

#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:%s\n", 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:%s\n", 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：



参考：

http://konglingchun.is-programmer.com/posts/12146.html

http://blog.163.com/smileface100@126/blog/static/27720874200951024532966/