26-LINUX--I/O复用-select

一.I/O复用概述

        /O复用使得多个程序能够同时监听多个文件描述符，对提高程序的性能有很大帮助。以下情况适用于I/O复用技术：

◼ TCP 服务器同时要处理监听套接字和连接套接字。

◼ 服务器要同时处理 TCP 请求和 UDP 请求。

◼ 程序要同时处理多个套接字。

◼ 客户端程序要同时处理用户输入和网络连接。

◼ 服务器要同时监听多个端口

        需要指出的是，I/O 复用虽然能同时监听多个文件描述符，但它本身是阻塞的。并且当

多个文件描述符同时就绪时，如果不采取额外的措施，程序就只能按顺序依处理其中的每一

个文件描述符，这使得服务器看起来好像是串行工作的。如果要提高并发处理的能力，可以

配合使用多线程或多进程等编程方法

二.select机制

1.select接口介绍

        select 系统调用的用途是：在一段指定时间内，监听用户感兴趣的文件描述符的可读、

可写和异常等事件。

        select 系统调用的原型如下：

 #include <sys/select.h>int select(int maxfd, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct ti
meval *timeout);/*select 成功时返回就绪(可读、可写和异常)文件描述符的总数。如果在超时时间内
没有任何文件描述符就绪，select 将返回 0。select 失败是返回-1.如果在 select 等待
期间，程序接收到信号，则 select 立即返回-1，并设置 errno 为 EINTR。maxfd 参数指定的被监听的文件描述符的总数。它通常被设置为 select 监听的所
有文件描述符中的最大值+1readfds、writefds 和 exceptfds 参数分别指向可读、可写和异常等事件对应的文件
描述符集合。应用程序调用 select 函数时，通过这 3 个参数传入自己感兴趣的文件
描述符。select 返回时，内核将修改它们来通知应用程序哪些文件描述符已经就绪
fd_set 结构如下：#define __FD_SETSIZE 1024typedef long int __fd_mask;#define __NFDBITS (8 * (int) sizeof (__fd_mask))typedef struct{#ifdef __USE_XOPEN__fd_mask fds_bits[__FD_SETSIZE / __NFDBITS];# define __FDS_BITS(set) ((set)->fds_bits)#else__fd_mask __fds_bits[__FD_SETSIZE / __NFDBITS];# define __FDS_BITS(set) ((set)->__fds_bits)#endif} fd_set;通过下列宏可以访问 fd_set 结构中的位：FD_ZERO(fd_set *fdset); // 清除 fdset 的所有位FD_SET(int fd, fd_set *fdset); // 设置 fdset 的位 fdFD_CLR(int fd, fd_set *fdset); // 清除 fdset 的位 fdint FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);// 测试 fdset 的位 fd 是否被设置timeout 参数用来设置 select 函数的超时时间。它是一个 timeval 结构类型的指针，采用指针参数是因为内核将修改它以告诉应用程序 select 等待了多久。timeval结构的定义如下：struct timeval{long tv_sec; //秒数long tv_usec; // 微秒数};//struct timeval tv = {5,0};如果给 timeout 的两个成员都是 0，则 select 将立即返回。如果 timeout 传递
NULL，则 select 将一直阻塞，直到某个文件描述符就绪*/

2.设计思路图解

3.测试代码

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/select.h>
#include<time.h>#define STDIN 0
int main()
{int fd = STDIN;//键盘fd_set fdset;//集合，收集描述符while(1)//因为不止检测一次{FD_ZERO(&fdset);//清空集合，每个位置0：FD_ZEROFD_SET(fd,&fdset);//将描述符fd添加到集合fdsetstruct timeval tv = {5,0};//超时时间int n = select(fd+1,&fdset,NULL,NULL,&tv);//可能阻塞if(n ==-1)//select执行失败{printf("select err\n");}else if(n==0)//超市，没有找到可用事件描述符{printf("tme out\n");}else{if(FD_ISSET(fd,&fdset)){char buff[128]={0};int num = read(fd,buff,127);printf("num=%d,buff=%s\n",num,buff);}}}
}
~                                                                                                                                                                                            
~                                                                                                                                                                                            
~                         

4.tcp通过select实现并发连接

SER.C

#include<stdio.h>      // 标准输入输出库
#include<stdlib.h>     // 标准库，提供一些函数如malloc, free, rand等
#include<string.h>    // 字符串操作库
#include<unistd.h>    // UNIX标准函数库
#include<sys/select.h>// 选择库，提供select函数
#include<time.h>      // 时间库
#include<sys/socket.h>// 套接字库
#include<arpa/inet.h> // 提供inet_addr等函数
#include<netinet/in.h>// 提供一些网络相关的宏#define MAXFD 10       // 定义最大文件描述符数量// 初始化socket函数
int socket_init();// 初始化文件描述符数组
void fds_init(int fds[]){for(int i=0; i<MAXFD; i++){fds[i] = -1; // 将所有文件描述符初始化为-1，表示未被使用}
}// 将新的文件描述符添加到数组中
void fds_add(int fds[], int fd){for(int i=0; i<MAXFD; i++){if(fds[i] == -1){ // 找到数组中第一个未使用的文件描述符位置fds[i] = fd;  // 添加文件描述符break;        // 退出循环}}
}// 从未使用的文件描述符数组中删除指定的文件描述符
void fds_del(int fds[], int fd){for(int i=0; i<MAXFD; i++){if(fds[i] == fd){ // 找到要删除的文件描述符fds[i] = -1;   // 将其设置为-1，表示未使用break;         // 退出循环}}
}// 接受客户端连接请求并添加到文件描述符数组
void accept_client(int sockfd, int fds[]){int c = accept(sockfd, NULL, NULL); // 接受连接if(c < 0){return; // 如果返回-1，表示出错}printf("accept c = %d\n", c);fds_add(fds, c); // 添加到文件描述符数组
}// 接收客户端发送的数据
void recv_date(int c, int fds[]){char buff[128] = {0}; // 创建缓冲区int n = recv(c, buff, 127, 0); // 接收数据if(n < 0){printf("cli close\n");close(c);          // 如果接收失败，关闭连接fds_del(fds, c);   // 从数组中删除该文件描述符return;}if(n == 0){printf("time out(%d)\n", n); // 如果超时}printf("buff(c=%d)=%s\n", c, buff); // 打印接收到的数据send(c, "ok", 2, 0);             // 发送确认消息
}// 主函数
int main(){int sockfd = socket_init(); // 初始化socketif(sockfd == -1){exit(1); // 如果初始化失败，退出程序}int fds[MAXFD]; // 文件描述符数组fds_init(fds);  // 初始化数组fds_add(fds, sockfd); // 将监听的socket添加到数组fd_set fdset; // 创建文件描述符集合while(1){ // 无限循环等待事件FD_ZERO(&fdset); // 清空文件描述符集合int maxfd = -1; // 存储最大的文件描述符// 遍历文件描述符数组，将所有文件描述符添加到集合中for(int i=0; i<MAXFD; i++){if(fds[i] == -1){continue; // 如果文件描述符未使用，跳过}FD_SET(fds[i], &fdset); // 添加到集合if(fds[i] > maxfd){ // 更新最大文件描述符maxfd = fds[i];}}struct timeval tv = {5,0}; // 设置超时时间// 使用select等待直到有文件描述符准备好IO操作或超时int n = select(maxfd+1, &fdset, NULL, NULL, &tv);if(n == -1){printf("select err\n"); // 错误} else if(n == 0){printf("time out\n"); // 超时} else{// 遍历文件描述符数组，检查哪些文件描述符准备好了IO操作for(int i=0; i<MAXFD; i++){if(fds[i] == -1){continue; // 如果文件描述符未使用，跳过}if(FD_ISSET(fds[i], &fdset)){ // 检查文件描述符是否被设置if(fds[i] == sockfd){ // 如果是监听的socketaccept_client(sockfd, fds); // 接受新的连接} else{ // 如果是已连接的客户端recv_date(fds[i], fds); // 接收数据}}}}}
}// 创建socket并绑定到端口
int socket_init(){int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); // 创建socketif(sockfd == -1){return -1; // 创建失败返回-1}struct sockaddr_in saddr; // 服务器地址结构memset(&saddr, 0, sizeof(saddr)); // 清零saddr.sin_family = AF_INET; // 地址族saddr.sin_port = htons(6000); // 端口saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); // IP地址int res = bind(sockfd, (struct sockaddr*)&saddr, sizeof(saddr)); // 绑定if(res == -1){printf("bind err\n");return -1; // 绑定失败返回-1}if(listen(sockfd, 5) == -1){ // 开始监听，设置队列长度为5return -1; // 监听失败返回-1}return sockfd; // 返回socket文件描述符
}

CLI.C

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>int main()
{int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if(sockfd == -1){exit(1);}struct sockaddr_in saddr;//代表服务器的端口memset(&saddr,0,sizeof(saddr));saddr.sin_family = AF_INET;saddr.sin_port = htons(6000);saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");int res = connect(sockfd,(struct sockaddr*)&saddr,sizeof(saddr));if(res == -1){printf("connct err\n");exit(1);}while(1){printf("input: ");char buff[128]={0};fgets(buff,128,stdin);if(strncmp(buff,"end",3)==0){break;}send(sockfd,buff,strlen(buff)-1,0);memset(buff,0,128);recv(sockfd,buff,127,0);printf("buff=%s\n",buff);}close(sockfd);exit(0);
}