I/O多路复用select服务器

一、五种I/O模型
linux下的I/O模型分为五种模型：分别是阻塞式I/O、非阻塞式I/O、I/O多路复用（多路转接）、信号驱动I/O（SIGIO）、异步I/O。
这五种I/O由分为两类：一类是同步I/O包括了前面四种，还有一类是异步I/O。
我们把I/O是分成两步的，第一步是“等”，第二步就是数据的搬迁。而对于同步I/O和异步I/O来说它们之间的区别就是同步I/O的数据搬迁工作要自己来完成，而异步I/O的数据搬迁工作是别人来完成的。而阻塞I/O和非阻塞I/O的最大不同就是“等”的方式是不同的。

二、select函数介绍
select系统调用的用途是：在一段指定的时间内，监听用户感兴趣的文件描述符上的可读、可写、异常事件。
我们看一下select函数的原型：

我们可以看到select函数里面有五个参数，下面一次做一个说明：
1、nfds：指定被监听的文件描述符的总数，通常设置为select监听的所有文件描述符的中的最大值再加1（文件描述符是从0开始的）。
2、readfds、writefds、exceptfds这三个参数都是输入输出型参数，它们表示的是可读、可写、异常事件的文件描述符的集合。这三个参数做输入型参数的意思是：关心特定的文件描述符上的指定事件；这三个参数作为输出型参数的意思是：关心的事件发生了变化已经就绪。这三个参数的类型都是fd_set的指针类型的结构体，fd_set结构体仅包含一个整形数组，数组的每一位元素的每一位（bit）标记了一个文件描述符。fd_set所能包含的文件描述符的数量由FD_SETSIZE指定，这就限制了select处理的文件描述符的总量，这样select的服务就是有上限的。
我们在访问fd_set这个数据结构的时候还有几个宏来访问fd_set，集体如下：
FD_ZERO（fd_set *fdset） //清除fdset所有位
FD_SET（int fd, fd_set *fdset） //设置fdset位
FD_CLR（int fd, fd_set *fdset） //清除fdset位
int FD_ISSET（nt fd, fd_set *fdset）//检查fdset是否被设置
3、timeout：

用来设置select函数的超时时间，select给我们提供了而一个微秒级的计时方式，如果timeout的成员tv_sec和tv_usec的成员都为0，select就会立即返回。
4、返回值：
select成功时就会返回就绪（可读、可写、异常）的文件描述符的总数，在超时时间内没有任何文件描述符就绪返回0，如果select失败就会返回-1，设置errno为EINTR。

三、代码展示
select_server.c：

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<sys/select.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>int fds[sizeof(fd_set)*8];static usage(const char* proc)
{printf("usage :%s [local_ip] [local_port]\n",proc);
}int startup(const char* ip,int port)
{int sock = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if(sock < 0){perror("socket");exit(2);}int opt = 1;setsockopt(sock,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&opt,sizeof(opt));struct sockaddr_in local;local.sin_family = AF_INET;local.sin_port = htons(port);local.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);//点分十进制化为四字节if(bind(sock,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local)) < 0){perror("bind");exit(3);}if(listen(sock,10) < 0){perror("listen");exit(4);}return sock;
}int main(int argc,char* argv[])
{if(argc != 3){usage(argv[0]);return 1;}int listen_sock = startup(argv[1],atoi(argv[2]));printf("fd_set: %d\n",sizeof(fd_set)*8);int fds[sizeof(fd_set)];int nums = sizeof(fds)/sizeof(fds[0]);int i = 0;for(; i < nums; i++){fds[i] = -1;}fds[0] = listen_sock;int maxfd = -1;fd_set rfds;//读事件fd_set wfds;//写事件while(1){int maxfd = -1;struct timeval timeout = {2,0};FD_ZERO(&rfds);FD_ZERO(&wfds);i = 0;for(; i < nums;i++){if(fds[i] == -1){continue;}FD_SET(fds[i],&rfds);if(maxfd < fds[i]){maxfd = fds[i];}}switch(select(maxfd+1,&rfds,&wfds,NULL,&timeout)){                      case -1:   //select失败perror("select");break;case 0:    //超过时间没有任何描述符就绪printf("time out!\n");break;default:   //成功{//at least one fd ready!i = 0;for(; i < nums;i++){if(i == 0 && FD_ISSET(fds[i],&rfds))//listen_sock is ready, get connect{struct sockaddr_in client;socklen_t len = sizeof(client);int new_sock = accept(listen_sock,(struct sockaddr*)&client,&len);if(new_sock < 0){perror("accept");continue;}//accept只是获得了一个新的连接  但是不能保证读和写正常//如果对面一直不发数据  那么就会一直处于read里的等待情况  就会导致服务器的不能正常运行printf("get a new client: [%s:%d]\n",inet_ntoa(client.sin_addr),ntohs(client.sin_port));int j = 1;for(; j < nums ; j++){if(fds[j] == -1){break;}}if(j == nums)//已经达到所能监听的文件描述符的最大值 只能关闭{close(new_sock);}else{fds[j] = new_sock;}}else if(i != 0 && FD_ISSET(fds[i],&rfds))//normal fd is ready{char buf[1024];ssize_t s = read(fds[i],buf,sizeof(buf)-1);if( s > 0){buf[s] = 0;printf("client# %s\n",buf);FD_SET(fds[i],&wfds);}else if(s == 0){printf("client is quit！\n");close(fds[i]);fds[i] = -1;}else{perror("read");close(fds[i]);fds[i] = -1;}}if(i !=0 && FD_ISSET(fds[i],&wfds))//普通的写操作{const char* msg = "hello client!\n";ssize_t s = write(fds[i],msg,strlen(msg));if(s < 0){perror("write");}else{FD_CLR(fds[i],&wfds);}}}break;}}}close(listen_sock);return 0;
}

select_client.c：

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<sys/select.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>
#include<netinet/in.h>static usage(const char* proc)
{printf("usage: [client_ip] [client_port]%s\n",proc);
}int main(int argc,const char* argv[])
{if(argc != 3){usage(argv[0]);return 1;}int sock = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if(sock < 0){perror("socket");exit(2);}struct sockaddr_in server;server.sin_family = AF_INET;server.sin_port =htons(atoi(argv[2]));server.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);if(connect(sock,(struct sockaddr*)&server,sizeof(server)) < 0){perror("connect");exit(3);}char  buf[1024];int fd;while(1){printf("please Enter#: ");fflush(stdout);fd = dup(1);ssize_t s = read(0,buf,sizeof(buf)-1);if(s > 0){buf[s-1] = 0;close(1);dup2(sock,1);printf("%s",buf);fflush(stdout);}else{perror("read");exit(4);}dup2(fd,1);ssize_t _s = read(sock,buf,sizeof(buf)-1);if(_s > 0){buf[_s] = 0;printf("server echo#: %s\n",buf);}}close(fd);close(sock);return 0;
}

四、运行结果
服务器端运行情况：

客户端的运行情况：

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