I/O多路转接----select

我们知道系统IO中有五种模型：阻塞I/O, 非阻塞I/O，信号驱动I/O，以及多路复用(select，poll，epoll)这四种是同步模型，还有一种是异步I/O模型；在I/O当中，我们知道它包含两件事情，一件事叫做等，另一件就是数据搬迁；其中这五种模型就是对事件进行等的操作；其中，多路复用(多路转接)中的三种服务器是最高效的等，所以，我们来对他们进行一个研究：

select介绍

1、select函数介绍

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

第一个参数nfds：所有文件描述符中最大值加1；
第二个参数readfds：可读事件的文件描述符集合；
第三个参数writefds：可写事件的文件描述符集合；
第四个参数exceptfds：异常事件的文件描述符集合；
第五个参数timeout：设定超市时间；

其中最后四个即是输入型参数也是输出型参数，四个函数的输入与输出的含义不一样：输入表示关心那些文件描述符对应的特定事件发生；输出表示那些所关心的那些文件描述符已经就绪；

三种事件处理的宏函数

void FD_CLR(int fd, fd_set* set); //用来清除描述词组set中相关fd的位
int FD_ISSET(int fd, fd_set* set); //用来测试描述词组set中相关fd的位是否为真
void FD_SET(int fd, fd_set* set); //用来设置描述符词组中set中相关fd的位
void FD_ZERO(fd_set* set); //用来清除描述词组set的全部位

timeout参数介绍：

NULL: 则表示select()没有timeout，select将一直被阻塞，直到某个文件描述符上发生了事件；
0: 仅检测描述符集合的状态，然后立即返回，并不等待外部事件的发生；
特定的时间值：如果在指定的时间段里没有发生事件，则超时返回；

select服务器端的实现

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

int fds_array[sizeof(fd_set)*8];

static void usage(const char* proc)
{
printf("Usage: %s[local_ip] [local_port]\n", proc);
}

int startup(const char *_ip, int _port)
{
int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(sock < 0)
{
perror("socket");
return 3;
}
int opt = 1;
setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));//解决server bind error的问题；

struct sockaddr_in local;
local.sin_family = AF_INET;
local.sin_port = htons(_port);
local.sin_addr.s_addr = inet_addr(_ip);
if(bind(sock, (struct sockaddr*)&local, sizeof(local)) < 0)
{
perror("bind");
return 4;
}

if(listen(sock, 10) < 0)
{
perror("listen");
return 5;
}
return sock;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
if(argc != 3)
{
usage(argv[0]);
return 1;
}
int listen_sock = startup(argv[1], atoi(argv[2]));

int nums = sizeof(fds_array)/sizeof(fds_array[0]);
int i = 0;
for(;i < nums; i++)//将所有元素设置为无效
{
fds_array[i] = -1;
}
fds_array[0] = listen_sock; //将listen_sock加入到数组中；

while(1)
{
int max_fd = -1;
fd_set rfds;                //创建文件描述符集合
FD_ZERO(&rfds);             //将所有的元素清空
for(i = 0; i < nums; i++)
{
if(fds_array[i] == -1)
{
continue;
}
FD_SET(fds_array[i], &rfds);
if(fds_array[i] > max_fd)       //寻找select中第一个参数；
max_fd = fds_array[i];
}
struct timeval timeout = {5,0};
switch(select(max_fd+1, &rfds, NULL, NULL, /*&timeout*/NULL))
{

4000
case -1:
{
perror("select");
}
break;
case 0:
{
printf("time out\n");
}
break;
default :
{
for(i = 0; i < nums; ++i)
{
if(fds_array[i] < 0)
continue;
if(i == 0 && FD_ISSET(fds_array[i], &rfds))
{
struct sockaddr_in client;
socklen_t len = sizeof(client);
int new_sock = accept(listen_sock, (struct sockaddr*)&client, &len);
if(new_sock < 0)
{
perror("accept");
continue;
}
printf("new client: [%s:%d]\n", inet_ntoa(client.sin_addr), ntohs(client.sin_port));

int j = 1;
for(; j < nums; j++)   //找到第一个无效的位置
{
if(fds_array[j] < 0)
break;
}
if(j == nums)
{
printf("server is full\n");
close(new_sock);
break;
}
else
{
fds_array[j] = new_sock;
}

}
else if(i != 0 && FD_ISSET(fds_array[i], &rfds))
{
char buf[1024];
ssize_t s = read(fds_array[i], buf, sizeof(buf)-1);
if(s > 0)
{
buf[s] = 0;
printf("client #:%s", buf);
}
else if(s == 0)
{
printf("client quit...\n");
close(fds_array[i]);
fds_array[i] = -1;
}
else
{
perror("read");
close(fds_array[i]);
return 7;
}
}
}
}
break;
}
}
close(listen_sock);
return 0;
}

利用一个dup实现客户端

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

static void usage(const char* proc)
{
printf("Usage: %s[local_ip] [local_port]\n", proc);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
if(argc != 3)
{
usage(argv[0]);
return 1;
}

int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(sock < 0)
{
perror("socket");
return 1;
}

struct sockaddr_in server;
server.sin_family = AF_INET;
server.sin_addr.s_addr= inet_addr(argv[1]);
server.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
socklen_t len = sizeof(struct sockaddr_in);

if(connect(sock, (struct sockaddr *)&server, len) < 0)
{
perror("connect");
return 2;
}
printf("connect success...\n");
char buf[1024];

close(1);
dup(sock);

while(1)
{
//  printf("send###");
//  fflush(stdout);
ssize_t _r = read(0, buf, sizeof(buf)-1);
if(_r > 0)
{
buf[_r] = 0;
printf("%s\n", buf);
fflush(stdout);
}
//  write(1, buf, strlen(buf));
}
close(sock);
return 0;

}

select的优缺点

优点

select()的可移植性更好，在某些UNIX系统上不支持poll

select()对于超时值提供了更好的精度：微秒，而poll是毫秒

缺点

每次调用select，都需要把fd集合从用户态拷贝到内核态，这个开销在fd很多时会很大

同时每次调用select都需要在内核遍历传递进来的所有fd，这个开销在fd很多时也很大

select支持的文件描述符数量太小了，默认是1024；