IO多路复用之select总结（转载）

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IO多路复用之select总结（转载）

阅读原文时间：2023年07月08日阅读：21

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：

1 #include
2 #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 typedef struct server_context_st
21 {
22 int cli_cnt; /*客户端个数*/
23 int clifds[SIZE]; /*客户端的个数*/
24 fd_set allfds; /*句柄集合*/
25 int maxfd; /*句柄最大值*/
26 } server_context_st;
27 static server_context_st *s_srv_ctx = NULL;
28 /*===========================================================================
29 * ==========================================================================*/
30 static int create_server_proc(const char* ip,int port)
31 {
32 int fd;
33 struct sockaddr_in servaddr;
34 fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0);
35 if (fd == -1) {
36 fprintf(stderr, "create socket fail,erron:%d,reason:%s\n",
37 errno, strerror(errno));
38 return -1;
39 }
40
41 /*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。*/
42 int reuse = 1;
43 if (setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse)) == -1) {
44 return -1;
45 }
46
47 bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
48 servaddr.sin_family = AF_INET;
49 inet_pton(AF_INET,ip,&servaddr.sin_addr);
50 servaddr.sin_port = htons(port);
51
52 if (bind(fd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) == -1) {
53 perror("bind error: ");
54 return -1;
55 }
56
57 listen(fd,LISTENQ);
58
59 return fd;
60 }
61
62 static int accept_client_proc(int srvfd)
63 {
64 struct sockaddr_in cliaddr;
65 socklen_t cliaddrlen;
66 cliaddrlen = sizeof(cliaddr);
67 int clifd = -1;
68
69 printf("accpet clint proc is called.\n");
70
71 ACCEPT:
72 clifd = accept(srvfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&cliaddrlen);
73
74 if (clifd == -1) {
75 if (errno == EINTR) {
76 goto ACCEPT;
77 } else {
78 fprintf(stderr, "accept fail,error:%s\n", strerror(errno));
79 return -1;
80 }
81 }
82
83 fprintf(stdout, "accept a new client: %s:%d\n",
84 inet_ntoa(cliaddr.sin_addr),cliaddr.sin_port);
85
86 //将新的连接描述符添加到数组中
87 int i = 0;
88 for (i = 0; i < SIZE; i++) { 89 if (s_srv_ctx->clifds[i] < 0) { 90 s_srv_ctx->clifds[i] = clifd;
91 s_srv_ctx->cli_cnt++;
92 break;
93 }
94 }
95
96 if (i == SIZE) {
97 fprintf(stderr,"too many clients.\n");
98 return -1;
99 }
100
101 }
102
103 static int handle_client_msg(int fd, char *buf)
104 {
105 assert(buf);
106 printf("recv buf is :%s\n", buf);
107 write(fd, buf, strlen(buf) +1);
108 return 0;
109 }
110
111 static void recv_client_msg(fd_set *readfds)
112 {
113 int i = 0, n = 0;
114 int clifd;
115 char buf[MAXLINE] = {0};
116 for (i = 0;i <= s_srv_ctx->cli_cnt;i++) {
117 clifd = s_srv_ctx->clifds[i];
118 if (clifd < 0) { 119 continue; 120 } 121 /*判断客户端套接字是否有数据*/ 122 if (FD_ISSET(clifd, readfds)) { 123 //接收客户端发送的信息 124 n = read(clifd, buf, MAXLINE); 125 if (n <= 0) { 126 /*n==0表示读取完成，客户都关闭套接字*/ 127 FD_CLR(clifd, &s_srv_ctx->allfds);
128 close(clifd);
129 s_srv_ctx->clifds[i] = -1;
130 continue;
131 }
132 handle_client_msg(clifd, buf);
133 }
134 }
135 }
136 static void handle_client_proc(int srvfd)
137 {
138 int clifd = -1;
139 int retval = 0;
140 fd_set *readfds = &s_srv_ctx->allfds;
141 struct timeval tv;
142 int i = 0;
143
144 while (1) {
145 /*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*/
146 FD_ZERO(readfds);
147 /*添加监听套接字*/
148 FD_SET(srvfd, readfds);
149 s_srv_ctx->maxfd = srvfd;
150
151 tv.tv_sec = 30;
152 tv.tv_usec = 0;
153 /*添加客户端套接字*/
154 for (i = 0; i < s_srv_ctx->cli_cnt; i++) {
155 clifd = s_srv_ctx->clifds[i];
156 /*去除无效的客户端句柄*/
157 if (clifd != -1) {
158 FD_SET(clifd, readfds);
159 }
160 s_srv_ctx->maxfd = (clifd > s_srv_ctx->maxfd ? clifd : s_srv_ctx->maxfd);
161 }
162
163 /*开始轮询接收处理服务端和客户端套接字*/
164 retval = select(s_srv_ctx->maxfd + 1, readfds, NULL, NULL, &tv);
165 if (retval == -1) {
166 fprintf(stderr, "select error:%s.\n", strerror(errno));
167 return;
168 }
169 if (retval == 0) {
170 fprintf(stdout, "select is timeout.\n");
171 continue;
172 }
173 if (FD_ISSET(srvfd, readfds)) {
174 /*监听客户端请求*/
175 accept_client_proc(srvfd);
176 } else {
177 /*接受处理客户端消息*/
178 recv_client_msg(readfds);
179 }
180 }
181 }
182
183 static void server_uninit()
184 {
185 if (s_srv_ctx) {
186 free(s_srv_ctx);
187 s_srv_ctx = NULL;
188 }
189 }
190
191 static int server_init()
192 {
193 s_srv_ctx = (server_context_st *)malloc(sizeof(server_context_st));
194 if (s_srv_ctx == NULL) {
195 return -1;
196 }
197
198 memset(s_srv_ctx, 0, sizeof(server_context_st));
199
200 int i = 0;
201 for (;i < SIZE; i++) { 202 s_srv_ctx->clifds[i] = -1;
203 }
204
205 return 0;
206 }
207
208 int main(int argc,char *argv[])
209 {
210 int srvfd;
211 /*初始化服务端context*/
212 if (server_init() < 0) {
213 return -1;
214 }
215 /*创建服务,开始监听客户端请求*/
216 srvfd = create_server_proc(IPADDR, PORT);
217 if (srvfd < 0) {
218 fprintf(stderr, "socket create or bind fail.\n");
219 goto err;
220 }
221 /*开始接收并处理客户端请求*/
222 handle_client_proc(srvfd);
223 server_uninit();
224 return 0;
225 err:
226 server_uninit();
227 return -1;
228 }

客户端程序如下：

1 #include
2 #include
3 #include
4 #include
5 #include
6 #include
7 #include
8 #include
9 #include
10 #include
11
12 #define MAXLINE 1024
13 #define IPADDRESS "127.0.0.1"
14 #define SERV_PORT 8787
15
16 #define max(a,b) (a > b) ? a : b
17
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 }