Linux I/O复用函数的使用情况和select接口的介绍

I/O 复用使得程序能同时监听多个文件描述符，这对于提高程序的性能至关重要。通常，
网络程序在下列情况下需要使用 I/O 复用技术：
1.TCP服务器同时要处理监听套接字和连接套接字

2.服务器同时要处理TCP请求和UDP请求。

3.程序同时要处理多个套接字。

4.客服端程序要同时处理用户输入和网络连接。

5.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。

1select

1.1select的接口介绍

        select系统调用的用途是：再一段指定时间内，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 timeval*timeout);
/*
select 成功时返回就绪（可读、可写和异常）文件描述符的总数。如果在超时间内没有任何文件描述符就绪，select将返回0.select失败返回-1，如果是在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+1
readfds、 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
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 fd,fd添加到集合（置一）
FD_CLR(int fd, fd_set *fdset); // 清除 fdset 的位 fd
int 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
};
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
*/

         

 1.2select的示例代码

使用select实现的TCP服务器如下：

初始化服务器端的sockfd套接字

int initsocket()
{int sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if (sockfd==-1)return -1;struct sockaddr_in saddr;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=bind(sockfd,(struct sockaddr*)&saddr,sizeof (saddr));if (res==-1)return -1;res=listen(sockfd,5);if (res==-1)return -1;return sockfd;
}

初始化记录服务器套接字的数组

void initFds(int fds[],int n)
{int i=0;for (;i<n;i++){fds[i]=-1;}
}

将套接字描述符添加到数组中

void AddFdToFds(int fds[],int fd,int n)
{   int i=0;for (;i<n;i++){if (fds[i]==-1){fds[i]=fd;break;}}
}

删除数组中的套接字描述符

void DelFromFds(int fds[],int fd,int n)
{for (int i=0;i<n;i++){if (fds[i]==fd){fds[i]=-1;break;}}
}

将数组中的套接字描述符设置到fd_set变量中，并返回当前最大文件描述符

int SetFsToFdset(fd_set*fdset,int fds[],int n)
{FD_ZERO(fdest);//fdest置零int i=0;int maxfd=fds[0];//最大文件描述符的值for (;i<n;i++){if (fds[i]!=-1){FD_SET(fds[i],fdest);//将fdest的位fds[i]的值置为1if (fds[i]>maxfd){maxfd=fds[i];}}}return maxfd;
}

服务器和客户端的连接

void GetClientLink(int sockfd,int fds[],int n)
{    struct sockaddr_in caddr;int len=sizeof (caddr);memset(&caddr,0,sizeof(caddr));int c=accept(sockfd,(struct sockaddr*)&caddr,&len);if (c<0){return;}AddFdToFds(fds,c,n);
}    

处理客户端数据

void DealClientData(int fds[],int n,int clifd)
{char data[128];int num=recv(clifd,data,127,0);if (num<=0){DelFdFromFds(fds,clifd,n);close(clifd);}else{printf ("%d:%s\n",clifd,data);send(clifd,"ok",2,0);}
}

处理select返回的就绪事件

void DealReadyEvent(int fds[],int n,fd_set*fdset,int sockfd)
{int i=0;for (;i<n;i++){if (fds[i]!=-1&&FD_ISSET(fds[i],fdest)){if(fds[i]==sockfd){GetClientLink(sockfd,fds,n);}else{DealClientLink(fds,n,fds[i]);}}}
}

主函数

int main()
{int sockfd=initsocket();assert(sockfd!=-1);fd_set readfds;int fds[1024];initFds(fds,1024);AddFdToFds(fds,sockfd,1024);while(1){int maxfd=SetFdToFdset(&readfds,fds,MAX_FD);struct timeval timeout;timeout.tv_sec=2;//秒数timeout.tv_usec=0;//微秒数int n=select(maxfd+1,&readfds,NULL,NULL,&timeout);if (n<0){printf ("select error\n"); break;   }else if (n==0){printf ("timeout\n");continue;}DealReadyEvent(fds, 1024, &readfds, sockfd);}exit(0);
}

TCP 的客户端代码如下：
 

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <assert.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
int initsocket()
{int sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if (sockfd==-1)return -1;struct sockaddr_in saddr;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=bind(sockfd,(struct sockaddr*)&saddr,sizeof (saddr));if (res==-1)return -1;res=listen(sockfd,5);if (res==-1)return -1;return sockfd;
}
int main ()
{int sockfd=initsocket();assert(sockfd!=-1);while(1){printf ("please input:");char buff[128]={0};fgets(buff,127,stdin);if (strncmp(buff,"bye",3)){break;}int n=send(sockfd,buff,strlen(buff)-1,0);if (n<=0){printf ("send error\n");break;}memset(buff,0,128);n=recv(sockfd,buff,127,0);if(n<=0){printf ("recv error\n");break;}printf ("%s\n",buff);}close(sockfd);exit(0);
}