Linux：I/O多路转接之select（有图有代码有真相！！！）

一、select引入

一次 I/O 分为两个部分：1）等待数据就绪 2）进行数据转移

1、select 原理：

select的原理就是减少等待数据就绪的比重，巧妙的利用等待队列机制让用户进程适当在没有资源可读/写时睡眠，有资源可读/写时唤醒。下面我们看

看select睡眠的详细过程。

select会循环遍历它所监测的fd_set（一组文件描述符(fd)的集合）内的所有文件描述符对应的驱动程序的poll函数。驱动程序提供的poll函数首先会将

调用select的用户进程插入到该设备驱动对应资源的等待队列(如读/写等待队列)，然后返回一个bitmask告诉select当前资源哪些可用。当select循环遍历完

所有fd_set内指定的文件描述符对应的poll函数后，如果没有一个资源可用(即没有一个文件可供操作)，则select让该进程睡眠，一直等到有资源可用为止，

进程被唤醒(或者timeout)继续往下执行。

select:系统提供select函数来实现多路复用输入/输出模型。select系统调用是⽤用来让我们的程序监视多个文件句柄的状态变化的。

程序会停在select这里等待，直到被监视的文件句柄有一个或多个发生了状态改变。

句柄： 0是标准输⼊入，1是标准输出，2是标准错误输出。0、1、2是整数表⽰示的，对应的FILE * 结构的表⽰示就是stdin、stdout、stderr。

2、select 参数

nfds：是需要监视的最大的⽂文件描述符值+1；

rdset：需要检测的可读⽂文件描述符的集合

wrset：可写⽂文件描述符的集合

exset：异常⽂文件描述符的集合。

struct timeval结构⽤用于描述⼀一段时间长度，如果在这个时间内，需要监视的描述符没有事件发生则函数返回，返回值为0。

下⾯面的宏提供了处理这三种描述词组的⽅方式:

FD_CLR(inr fd,fd_set* set)；⽤用来清除描述词组set中相关fd 的位

FD_ISSET(int fd,fd_set *set)；⽤用来测试描述词组set中相关fd 的位是否为真

FD_SET（int fd,fd_set*set）；⽤用来设置描述词组set中相关fd的位

FD_ZERO（fd_set *set）；⽤用来清除描述词组set的全部位

参数timeout为结构timeval，⽤用来设置select()的等待时间，其结构定义如下：

如果参数timeout设为：

NULL：则表示select（）没有timeout，select将⼀一直被阻塞，直到某个文件描述符上发生了事件。
0：仅检测描述符集合的状态，然后立即返回，并不等待外部事件的发⽣生。
特定的时间值：如果在指定的时间段里没有事件发生，select将超时返回。

函数返回值：

执行成功则返回⽂文件描述词状态已改变的个数

如果返回0代表在描述词状态改变前已超过timeout时间，没有返回；

当有错误发⽣生时则返回-1，错误原因存于errno，此时参数readfds，writefds，exceptfds和

timeout的值变成不可预测。错误值可能为：

EBADF 文件描述词为无效的或该文件已关闭

EINTR 此调⽤用被信号所中断

EINVAL 参数n 为负值。

ENOMEM 核心内存不足

3、select模型的特点：

1）、可监控的⽂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表⽰示一个⽂文件描述符，则我服务器上⽀支持的最大文件描述符是512*8=4096。

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）、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）。
4、select缺点：

（1）每次调用select，都需要把fd集合从用户态拷贝到内核态，这个开销在fd很多时会很大

（2）同时每次调用select都需要在内核遍历传递进来的所有fd，这个开销在fd很多时也很大

（3）select支持的文件描述符数量太小了，默认是1024

5、select 服务器

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<sys/select.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<netinet/in.h>
#include<string.h>
int array_fds[1024];
static void usage(char *proc)
{printf("usage:%s [local_ip] [local_port]\n",proc);
}
int startup(char* _ip,int _port)
{//create socketint sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if(sock<0){perror("socket");return 2;}//port multiplexingint flg=1; setsockopt(sock,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&flg,sizeof(flg));struct sockaddr_in local;local.sin_family=AF_INET;local.sin_addr.s_addr=inet_addr(_ip);local.sin_port=htons(_port);//bindif(bind(sock,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local))<0){perror("bind");return 3;}//listenif(listen(sock,10)<0){perror("listen");return 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]));int maxfd=0;fd_set rfds;int array_size=sizeof(array_fds)/sizeof(array_fds[0]);array_fds[0]=listen_sock;int i=1;for(;i<array_size;i++){array_fds[i]=-1;}while(1){struct timeval _timeout={0,0};FD_ZERO(&rfds);maxfd=-1;for(i=0;i<array_size;i++){if(array_fds[i]>0){FD_SET(array_fds[i],&rfds);if(array_fds[i]>maxfd){maxfd=array_fds[i];}}}switch(select(maxfd+1,&rfds,NULL,NULL,&_timeout)){case 0:printf("timeout...\n");break;case -1:perror("select\n");break;default:{int j=0;for(;j<array_size;j++){if(array_fds[j]<0){continue;}if(j==0 && FD_ISSET(array_fds[j],&rfds)){struct sockaddr_in client;socklen_t len=sizeof(client);int new_fd=accept(array_fds[j],\(struct sockaddr*)&client,&len);if(new_fd<0){perror("accept");continue;}else{printf("get a new client:(%s  %d)\n",\inet_ntoa(client.sin_addr),\ntohs(client.sin_port));int k=1;for(;k<array_size;k++){if(array_fds[k]<0){array_fds[k]=new_fd;break;}}if(k==array_size){close(new_fd);}}}else if(j!=0 && FD_ISSET(array_fds[j],&rfds)){char buf[10240];ssize_t s=read(array_fds[j],buf,sizeof(buf)-1);if(s>0){buf[s]=0;printf("client say:%s\n",buf);}else if(s==0){printf("client quit\n");close(array_fds[j]);array_fds[j]=-1;}else{perror("read");close(array_fds[j]);array_fds[j]=-1;}}}}break;}}return 0;
}

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