多路复用I/O模型之select

1 .所谓I/O多路复用是指内核一旦发现进程指定的一个或者多个I/O条件准备读取，它就通知该进程。I/O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。

2 .在多路I/O复用的场合中，应用程序需要同时处理多路输入流和输出流，若我们采用阻塞的模式，则达不到预期的目的；若采用非阻塞的模式，对多个输入进行轮询，会很浪费cpu 的时间；若采用多进程/多线程来处理这样的问题，会使程序变得更加复杂，并且不易维护；因此最好的方法就是采用“多路I/O复用”。

3 .select函数

该函数允许进程指示内核等待多个事件中的任何一个发生，并只在有一个或多个时间发生或经历一段指定的时间后才唤醒；

该函数原型为：

int select(int nfds,
fd_set *readfds,
fd_set *writefds,
fd_set *exceptfds,
struct timeval *timeout);

所需要头文件：
/* According to POSIX.1-2001 */
#include <sys/select.h>
/* According to earlier standards */
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

函数说明：

select（）函数用来等待文件描述符状态的改变。参数nfds代表最大的文件描述符+1，参数readfds、writefds、execptfds称为“描述符组”，用来传回描述符的读、写或或异常的状况；

select中各参数含义：

nfds：表示集合中需要检查的号码最高的文件描述符+1

readfds：由select（）函数监听的读文件描述符集合

writefds：由select（）函数监听的写文件描述符集合

execptfds：由select（）函数监视的异常处理文件描述符集合

timeout：

对于timeout；它是一个结构体指针，原型为：struct timeval *timeout;这个时间结构体的精确度可以设置到微妙级。该结构体如下：

struct timeval *timeout{
long tv_sec;    /* second 秒 */
long tv_unsec;  /* and microseconds 微秒 */
}

该结构体的变量设置有3种情况：

1.
NULL：表示“永远等待”。直到捕捉到信号或文件描述符已经准
备好为止。如果捕捉到一个信号，则select返回-1，errno
设置为EINTR；
2.
timeout->tv_sec == 0 && timeout->tv_usec == 0;
表示“完全不等待”；测试所有已指定的描述符并立即返回。这是
得到多个描述符的状态而不阻塞select函数的轮询方法；
3.
timeout->tv_sec != 0 && timeout->tv_usec != 0;
表示“等待指定的秒数和微秒数”。当指定的描述符之一（readfds
、writefds或execptfds）已经准备好，或当指定的时间值已经
超过了的时候则立即返回。如果在超时时候还没有一个文件描述符
已经准备好，则返回值为0；

select函数是一个阻塞的函数，当select函数返回时，也就是有文件描述符可以读写数据的时候，此时可以用读写函数完成数据的读写；其返回值表示有多少个文件有消息；和阻塞模式相比，多路复用技术的高级之处就在于能够同时去等待多个文件描述符，当这些文件描述符中的任意一个进入就绪状态时，select函数就可以返回。

结论：select函数是一个“阻塞”函数，当该函数执行时，必定会有下面2个事件中的一个；

1.select监测的文件I/O集合中，有文件有消息

2. 时间超时，通过select的第5个参数指定超时的时间

4 .在使用select函数的时候需要对文件描述符进行分类别处理，当文件描述符的处理主要涉及到4个宏函数；分别是：

select文件描述符集处理宏

/* 清除一个文件描述符集合 */
FD_ZERO(fd_set *set)

/* 将一个文件描述符加入文件描述符集合中 */
FD_SET(int fd, fd_set *set)

/* 将一个文件描述符从文件描述符集合中清除*/
FD_CLR(int fd, fd_set *set)

/* 测试该集合中的一个文件描述符有无发送变化 */
FD_ISSET(int fd, fd_set *set)

通常，在使用select函数之前，首先应该调用FD_ZERO 和FD_SET
来初始化文件描述符集，在使用了select函数时，可以循环使用F_ISSET来测试哪一个文件描述符就绪，在执行完相关的文件描述符
之后，可使用FD_CLR来清除该文件描述符。

5 .select函数的原理为：



从set集合中挑选出有数据的fd，一旦set集合中有文件描述符发送状态改变，则select立刻退出阻塞状态，然后继续向下执行相应的操作。

6 .示例 1

linux的/dev/input/下分别有一个mice鼠标读写事件文件和event1键盘读写事件文件；当用open打开这两个文件，并且对其进行读操作时，都是一个阻塞的操作；即当键盘的按键被按下，或者鼠标被点击的时候，才会解除阻塞，开始读写；现在用select的i/o复用模型知识来解决这个问题；用一个进程（主程序）来处理，当有键盘读写时候，立刻去调用个键盘打印函数；若有鼠标读写时，立刻执行鼠标的打印函数；

有两个注意的地方：
（1）  需要修改/dev/input/mice 和 /dev/input/event1这
两个文件的权限
（2）  在打印鼠标响应事件和键盘响应事件的地方，每次把set里面
的值取出来，不然每次来判断里面都有数据，会陷入一个死循环中；

结果：当有鼠标被按下的时候，打印“鼠标被响应....”；当有键盘被
按下的时候，打印“键盘被响应....”；

/*************************************************************************
* File Name: select.c
* Author:    The answer
* Function:  Other
* Mail:      2412799512@qq.com
* Created Time: 2017年06月16日 星期五 16时14分19秒
************************************************************************/

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<sys/types.h>
#include<errno.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<signal.h>
#include<time.h>
#include<unistd.h>

void sys_err(const char *ptr,int num)
{
perror(ptr);
exit(num);
}

int main(int argc,char **argv)
{

int fd_mice = open("/dev/input/mice",O_RDONLY);
if(fd_mice < 0)
sys_err("open mice",-1);

int fd_key = open("/dev/input/event1",O_RDONLY);
if(fd_key < 0)
sys_err("open keyboard",-2);

while(1)
{

struct timeval timeout;
fd_set set;
int maxfd;
/* 取出两个文件描述符中的最大者 */
maxfd = fd_mice > fd_key ? fd_mice : fd_key;
/* 初始化集合set  */
FD_ZERO(&set);
/* 在set集合中加入相应的描述集 */
FD_SET(fd_mice,&set);
FD_SET(fd_key, &set);

/* 设置select阻塞等待最长的时间(秒数) */
timeout.tv_sec = 5;
timeout.tv_usec = 0;
/* select有准备就绪的文件描述符就返回，否则等待
* 5秒后报错
* */
int ret = select(maxfd + 1,&set,NULL,NULL,&timeout);
if(ret == 0 )
{
printf("time out\n");
continue;
//表示被信号中端给打断
}else if(ret == -1 && errno == EINTR){
printf("signal inturrupt\n");
continue;
}else if(ret == -1)
{
printf("bad error\n");
break;
}else if(ret > 0)
{
char buf[1024];
/* bzero将buf中的sizeof(buf)字节空间全部清零 */
bzero(buf,sizeof(buf));

if(FD_ISSET(fd_key,&set))
{
printf("键盘有消息....\n");

/* 记得将数据读出,不然会死循环 */
read(fd_key,buf,sizeof(buf));

}
if(FD_ISSET(fd_mice,&set))
{
puts("鼠标有消息....\n");

/* 记得将数据读出,不然会死循环 */
read(fd_mice,buf,sizeof(buf));
}
}
}
}

示例2：