IO多路复用之select全面总结(必看篇)
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 <sys/select.h>#include <sys/time.h>
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。
?| 1234567 | 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：
?| 123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172737475767778798081828384858687888990919293949596979899100101102103104105106107108109110111112113114115116117118119120121122123124125126127128129130131132133134135136137138139140141142143144145146147148149150151152153154155156157158159160161162163164165166167168169170171172173174175176177178179180181182183184185186187188189190191192193194195196197198199200201202203204205206207208209210211212213214215216217218219220221222223224225226227 | #include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <errno.h>#include <netinet/in.h>#include <sys/socket.h>#include <sys/select.h>#include <sys/types.h>#include <netinet/in.h>#include <arpa/inet.h>#include <unistd.h>#include <assert.h> #define ipaddr "127.0.0.1"#define port 8787#define maxline 1024#define listenq 5#define size 10 typedef struct server_context_st{int cli_cnt; /*客户端个数*/int clifds[size]; /*客户端的个数*/fd_set allfds; /*句柄集合*/int maxfd; /*句柄最大值*/} server_context_st;static server_context_st *s_srv_ctx = null;/*===========================================================================* ==========================================================================*/static int create_server_proc(const char* ip,int port){int fd;struct sockaddr_in servaddr;fd = socket(af_inet, sock_stream,0);if (fd == -1) {fprintf(stderr, "create socket fail,erron:%d,reason:%s\n",errno, strerror(errno));return -1;} /*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。*/int reuse = 1;if (setsockopt(fd, sol_socket, so_reuseaddr, &reuse, sizeof(reuse)) == -1) {return -1;} bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));servaddr.sin_family = af_inet;inet_pton(af_inet,ip,&servaddr.sin_addr);servaddr.sin_port = htons(port); if (bind(fd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) == -1) {perror("bind error: ");return -1;} listen(fd,listenq); return fd;} static int accept_client_proc(int srvfd){struct sockaddr_in cliaddr;socklen_t cliaddrlen;cliaddrlen = sizeof(cliaddr);int clifd = -1; printf("accpet clint proc is called.\n"); accept:clifd = accept(srvfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&cliaddrlen); if (clifd == -1) {if (errno == eintr) {goto accept;} else {fprintf(stderr, "accept fail,error:%s\n", strerror(errno));return -1;}} fprintf(stdout, "accept a new client: %s:%d\n",inet_ntoa(cliaddr.sin_addr),cliaddr.sin_port); //将新的连接描述符添加到数组中int i = 0;for (i = 0; i < size; i++) {if (s_srv_ctx->clifds[i] < 0) {s_srv_ctx->clifds[i] = clifd;s_srv_ctx->cli_cnt++;break;}} if (i == size) {fprintf(stderr,"too many clients.\n");return -1;}101 } static int handle_client_msg(int fd, char *buf) {assert(buf);printf("recv buf is :%s\n", buf);write(fd, buf, strlen(buf) +1);return 0;} static void recv_client_msg(fd_set *readfds){int i = 0, n = 0;int clifd;char buf[maxline] = {0};for (i = 0;i <= s_srv_ctx->cli_cnt;i++) {clifd = s_srv_ctx->clifds[i];if (clifd < 0) {continue;}/*判断客户端套接字是否有数据*/if (fd_isset(clifd, readfds)) {//接收客户端发送的信息n = read(clifd, buf, maxline);if (n <= 0) {/*n==0表示读取完成，客户都关闭套接字*/fd_clr(clifd, &s_srv_ctx->allfds);close(clifd);s_srv_ctx->clifds[i] = -1;continue;}handle_client_msg(clifd, buf);}}}static void handle_client_proc(int srvfd){int clifd = -1;int retval = 0;fd_set *readfds = &s_srv_ctx->allfds;struct timeval tv;int i = 0; while (1) {/*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*/fd_zero(readfds);/*添加监听套接字*/fd_set(srvfd, readfds);s_srv_ctx->maxfd = srvfd; tv.tv_sec = 30;tv.tv_usec = 0;/*添加客户端套接字*/for (i = 0; i < s_srv_ctx->cli_cnt; i++) {clifd = s_srv_ctx->clifds[i];/*去除无效的客户端句柄*/if (clifd != -1) {fd_set(clifd, readfds);}s_srv_ctx->maxfd = (clifd > s_srv_ctx->maxfd ? clifd : s_srv_ctx->maxfd);} /*开始轮询接收处理服务端和客户端套接字*/retval = select(s_srv_ctx->maxfd + 1, readfds, null, null, &tv);if (retval == -1) {fprintf(stderr, "select error:%s.\n", strerror(errno));return;}if (retval == 0) {fprintf(stdout, "select is timeout.\n");continue;}if (fd_isset(srvfd, readfds)) {/*监听客户端请求*/accept_client_proc(srvfd);} else {/*接受处理客户端消息*/recv_client_msg(readfds);}}} static void server_uninit(){if (s_srv_ctx) {free(s_srv_ctx);s_srv_ctx = null;}} static int server_init(){s_srv_ctx = (server_context_st *)malloc(sizeof(server_context_st));if (s_srv_ctx == null) {return -1;} memset(s_srv_ctx, 0, sizeof(server_context_st)); int i = 0;for (;i < size; i++) {s_srv_ctx->clifds[i] = -1;} return 0;} int main(int argc,char *argv[]){int srvfd;/*初始化服务端context*/if (server_init() < 0) {return -1;}/*创建服务,开始监听客户端请求*/srvfd = create_server_proc(ipaddr, port);if (srvfd < 0) {fprintf(stderr, "socket create or bind fail.\n");goto err;}/*开始接收并处理客户端请求*/handle_client_proc(srvfd);server_uninit();return 0;err:server_uninit();return -1;} |
客户端程序如下：
?| 123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172737475767778798081828384858687888990919293 | #include <netinet/in.h>#include <sys/socket.h>#include <stdio.h>#include <string.h>#include <stdlib.h>#include <sys/select.h>#include <time.h>#include <unistd.h>#include <sys/types.h>#include <errno.h> #define maxline 1024#define ipaddress "127.0.0.1"#define serv_port 8787 #define max(a,b) (a > b) ? a : b static void handle_recv_msg(int sockfd, char *buf) {printf("client recv msg is:%s\n", buf);sleep(5);write(sockfd, buf, strlen(buf) +1);} static void handle_connection(int sockfd){char sendline[maxline],recvline[maxline];int maxfdp,stdineof;fd_set readfds;int n;struct timeval tv;int retval = 0; while (1) { fd_zero(&readfds);fd_set(sockfd,&readfds);maxfdp = sockfd; tv.tv_sec = 5;tv.tv_usec = 0; retval = select(maxfdp+1,&readfds,null,null,&tv); if (retval == -1) {return ;} if (retval == 0) {printf("client timeout.\n");continue;} if (fd_isset(sockfd, &readfds)) {n = read(sockfd,recvline,maxline);if (n <= 0) {fprintf(stderr,"client: server is closed.\n");close(sockfd);fd_clr(sockfd,&readfds);return;} handle_recv_msg(sockfd, recvline);}}} int main(int argc,char *argv[]){int sockfd;struct sockaddr_in servaddr; sockfd = socket(af_inet,sock_stream,0); bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));servaddr.sin_family = af_inet;servaddr.sin_port = htons(serv_port);inet_pton(af_inet,ipaddress,&servaddr.sin_addr); int retval = 0;retval = connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));if (retval < 0) {fprintf(stderr, "connect fail,error:%s\n", strerror(errno));return -1;} printf("client send to server .\n");write(sockfd, "hello server", 32); handle_connection(sockfd); return 0;} |
4、程序结果
启动服务程序，执行三个个客户程序进行测试，结果如下图所示：
以上就是小编为大家带来的io多路复用之select全面总结(必看篇)全部内容了，希望大家多多支持~
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