在Linux中,我们可以使用select函数实现I/O端口的复用,传递给 select函数的参数会告诉内核:
我们所关心的文件描述符
对每个描述符,我们所关心的状态。(我们是要想从一个文件描述符中读或者写,还是关注一个描述符中是否出现异常)
我们要等待多长时间。(我们可以等待无限长的时间,等待固定的一段时间,或者根本就不等待)
从 select函数返回后,内核告诉我们一下信息:
对我们的要求已经做好准备的描述符的个数
对于三种条件哪些描述符已经做好准备.(读,写,异常)
有了这些返回信息,我们可以调用合适的I/O函数(通常是 read 或 write),并且这些函数不会再阻塞.
#include <sys/select.h>
int select(int maxfdp1, fd_set *readset, fd_set *writeset, fd_set *exceptset,struct timeval *timeout);
返回:做好准备的文件描述符的个数,超时为0,错误为 -1.
首先我们先看一下最后一个参数。它指明我们要等待的时间:
struct timeval{
long tv_sec; /*秒 */
long tv_usec; /*微秒 */
}
有三种情况:
timeout == NULL 等待无限长的时间。等待可以被一个信号中断。当有一个描述符做好准备或者是捕获到一个信号时函数会返回。如果捕获到一个信号, select函数将返回 -1,并将变量 erro设为 EINTR。
timeout->tv_sec == 0 &&timeout->tv_usec == 0不等待,直接返回。加入描述符集的描述符都会被测试,并且返回满足要求的描述符的个数。这种方法通过轮询,无阻塞地获得了多个文件描述符状态。
timeout->tv_sec !=0 ||timeout->tv_usec!= 0 等待指定的时间。当有描述符符合条件或者超过超时时间的话,函数返回。在超时时间即将用完但又没有描述符合条件的话,返回 0。对于第一种情况,等待也会被信号所中断。
中间的三个参数 readset, writset, exceptset,指向描述符集。这些参数指明了我们关心哪些描述符,和需要满足什么条件(可写,可读,异常)。一个文件描述集保存在 fd_set 类型中。fd_set类型变量每一位代表了一个描述符。我们也可以认为它只是一个由很多二进制位构成的数组。如下图所示:
理解select模型:
理解select模型的关键在于理解fd_set,为说明方便,取fd_set长度为1字节,fd_set中的每一bit可以对应一个文件描述符fd。则1字节长的fd_set最大可以对应8个fd。
(1)执行fd_set set;FD_ZERO(&set);则set用位表示是0000,0000。
(2)若fd=5,执行FD_SET(fd,&set);后set变为0001,0000(第5位置为1)
(3)若再加入fd=2,fd=1,则set变为0001,0011
(4)执行select(6,&set,0,0,0)阻塞等待
(5)若fd=1,fd=2上都发生可读事件,则select返回,此时set变为0000,0011。注意:没有事件发生的fd=5被清空。
基于上面的讨论,可以轻松得出select模型的特点:
(1)可监控的文件描述符个数取决与sizeof(fd_set)的值。我这边服务器上sizeof(fd_set)=512,每bit表示一个文件描述符,则我服务器上支持的最大文件描述符是512*8=4096。据说可调,另有说虽然可调,但调整上限受于编译内核时的变量值。
(2)将fd加入select监控集的同时,还要再使用一个数据结构array保存放到select监控集中的fd,一是用于再select返回后,array作为源数据和fd_set进行FD_ISSET判断。二是select返回后会把以前加入的但并无事件发生的fd清空,则每次开始 select前都要重新从array取得fd逐一加入(FD_ZERO最先),扫描array的同时取得fd最大值maxfd,用于select的第一个参数。
(3)可见select模型必须在select前循环array(加fd,取maxfd),select返回后循环array(FD_ISSET判断是否有时间发生)。
我们最熟悉的句柄是0、1、2三个,0是标准输入,1是标准输出,2是标准错误输出。0、1、2是整数表示的,对应的FILE *结构的表示就是stdin、stdout、stderr。
代码服务器端实现:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netdb.h>
#include <fcntl.h>
#define PORT 8888
#define MAX_LINE 2048
#define LISTENQ 20
int main(int argc , char **argv)
{
int i, maxi, maxfd, listenfd, connfd, sockfd;
int nready , client[FD_SETSIZE];
ssize_t n, ret;
fd_set rset , allset;
char buf[MAX_LINE];
socklen_t clilen;
struct sockaddr_in servaddr , cliaddr;
/*(1) 得到监听描述符*/
listenfd = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0);
/*(2) 绑定套接字*/
bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
servaddr.sin_port = htons(PORT);
bind(listenfd , (struct sockaddr *)&servaddr , sizeof(servaddr));
/*(3) 监听*/
listen(listenfd , LISTENQ);
/*(4) 设置select*/
maxfd = listenfd;
maxi = -1;
for(i=0 ; i<FD_SETSIZE ; ++i)
{
client[i] = -1;
}//for
FD_ZERO(&allset);
FD_SET(listenfd , &allset);
/*(5) 进入服务器接收请求死循环*/
while(1)
{
rset = allset;
nready = select(maxfd+1 , &rset , NULL , NULL , NULL);
if(FD_ISSET(listenfd , &rset))
{
/*接收客户端的请求*/
clilen = sizeof(cliaddr);
printf("\naccpet connection~\n");
if((connfd = accept(listenfd , (struct sockaddr *)&cliaddr , &clilen)) < 0)
{
perror("accept error.\n");
exit(1);
}//if
printf("accpet a new client: %s:%d\n", inet_ntoa(cliaddr.sin_addr) , cliaddr.sin_port);
/*将客户链接套接字描述符添加到数组*/
for(i=0 ; i<FD_SETSIZE ; ++i)
{
if(client[i] < 0)
{
client[i] = connfd;
break;
}//if
}//for
if(FD_SETSIZE == i)
{
perror("too many connection.\n");
exit(1);
}//if
FD_SET(connfd , &allset);
if(connfd > maxfd)
maxfd = connfd;
if(i > maxi)
maxi = i;
if(--nready < 0)
continue;
}//if
for(i=0; i<=maxi ; ++i)
{
if((sockfd = client[i]) < 0)
continue;
if(FD_ISSET(sockfd , &rset))
{
/*处理客户请求*/
printf("\nreading the socket~~~ \n");
bzero(buf , MAX_LINE);
if((n = read(sockfd , buf , MAX_LINE)) <= 0)
{
close(sockfd);
FD_CLR(sockfd , &allset);
client[i] = -1;
}//if
else{
printf("clint[%d] send message: %s\n", i , buf);
if((ret = write(sockfd , buf , n)) != n)
{
printf("error writing to the sockfd!\n");
break;
}//if
}//else
if(--nready <= 0)
break;
}//if
}//for
}//while
}