IO多路复用之select总结

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。

         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。

服务端程序如下所示:

复制代码
  1 #include <stdio.h>
  2 #include <stdlib.h>
  3 #include <string.h>
  4 #include <errno.h>
  5 #include <netinet/in.h>
  6 #include <sys/socket.h>
  7 #include <sys/select.h>
  8 #include <sys/types.h>
  9 #include <netinet/in.h>
 10 #include <arpa/inet.h>
 11 #include <unistd.h>
 12 #include <assert.h>
 13 
 14 #define IPADDR      "127.0.0.1"
 15 #define PORT        8787
 16 #define MAXLINE     1024
 17 #define LISTENQ     5
 18 #define SIZE        10
 19 
 20 
 21 typedef struct server_context_st
 22 {
 23     int cli_cnt;        /*客户端个数*/
 24     int clifds[SIZE];   /*客户端的个数*/
 25     fd_set allfds;      /*句柄集合*/
 26     int maxfd;          /*句柄最大值*/
 27 } server_context_st;
 28 
 29 
 30 static server_context_st *s_srv_ctx = NULL;
 31 
 32 
 33 /*===========================================================================
 34  * ==========================================================================*/
 35 static int create_server_proc(const char* ip,int port)
 36 {
 37     int  fd;
 38     struct sockaddr_in servaddr;
 39     fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0);
 40     if (fd == -1) {
 41         fprintf(stderr, "create socket fail,erron:%d,reason:%s\n",
 42                 errno, strerror(errno));
 43         return -1;
 44     }
 45 
 46     int yes = 1;
 47     if (setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &yes, sizeof(int)) == -1) {  
 48         return -1;
 49     }
 50 
 51     int reuse = 1;
 52     if (setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse)) == -1) {
 53         return -1;
 54     }
 55 
 56     bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
 57     servaddr.sin_family = AF_INET;
 58     inet_pton(AF_INET,ip,&servaddr.sin_addr);
 59     servaddr.sin_port = htons(port);
 60 
 61     if (bind(fd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) == -1) {
 62         perror("bind error: ");
 63         return -1;
 64     }
 65 
 66     listen(fd,LISTENQ);
 67 
 68     return fd;
 69 }
 70 
 71 static int accept_client_proc(int srvfd)
 72 {
 73     struct sockaddr_in cliaddr;
 74     socklen_t cliaddrlen;
 75     cliaddrlen = sizeof(cliaddr);
 76     int clifd = -1;
 77 
 78     printf("accpet clint proc is called.\n");
 79 
 80 ACCEPT:
 81     clifd = accept(srvfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&cliaddrlen);
 82 
 83     if (clifd == -1) {
 84         if (errno == EINTR) {
 85             goto ACCEPT;
 86         } else {
 87             fprintf(stderr, "accept fail,error:%s\n", strerror(errno));
 88             return -1;
 89         }
 90     }
 91 
 92     fprintf(stdout, "accept a new client: %s:%d\n",
 93                    inet_ntoa(cliaddr.sin_addr),cliaddr.sin_port);
 94 
 95     //将新的连接描述符添加到数组中
 96     int i = 0;
 97     for (i = 0; i < SIZE; i++) {
 98         if (s_srv_ctx->clifds[i] < 0) {
 99             s_srv_ctx->clifds[i] = clifd;
100             s_srv_ctx->cli_cnt++;
101             break;
102         }
103     }
104 
105     if (i == SIZE) {
106         fprintf(stderr,"too many clients.\n");
107         return -1;
108     }
109 
110 }
111 
112 static int handle_client_msg(int fd, char *buf) 
113 {
114     assert(buf);
115 
116     printf("recv buf is :%s\n", buf);
117 
118     write(fd, buf, strlen(buf) +1);
119 
120     return 0;
121 }
122 
123 static void recv_client_msg(fd_set *readfds)
124 {
125     int i = 0, n = 0;
126     int clifd;
127     char buf[MAXLINE] = {0};
128     for (i = 0;i <= s_srv_ctx->cli_cnt;i++) {
129         clifd = s_srv_ctx->clifds[i];
130         if (clifd < 0) {
131             continue;
132         }
133 
134         if (FD_ISSET(clifd, readfds)) {
135             //接收客户端发送的信息
136             n = read(clifd, buf, MAXLINE);
137             if (n <= 0) {
138                 FD_CLR(clifd, &s_srv_ctx->allfds);
139                 close(clifd);
140                 s_srv_ctx->clifds[i] = -1;
141                 continue;
142             }
143 
144             handle_client_msg(clifd, buf);
145         }
146     }
147 }
148 static void handle_client_proc(int srvfd)
149 {
150     int  clifd = -1;
151     int  retval = 0;
152     fd_set *readfds = &s_srv_ctx->allfds;
153     struct timeval tv;
154     int i = 0;
155 
156     while (1) {
157 
158         /*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*/
159         /*添加监听套接字*/
160         FD_ZERO(readfds);
161         FD_SET(srvfd, readfds);
162         s_srv_ctx->maxfd = srvfd;
163 
164         tv.tv_sec = 30;
165         tv.tv_usec = 0;
166 
167         /*添加客户端套接字*/
168         for (i = 0; i < s_srv_ctx->cli_cnt; i++) {
169             clifd = s_srv_ctx->clifds[i];
170             FD_SET(clifd, readfds);
171             s_srv_ctx->maxfd = (clifd > s_srv_ctx->maxfd ? clifd : s_srv_ctx->maxfd);
172         }
173 
174         retval = select(s_srv_ctx->maxfd + 1, readfds, NULL, NULL, &tv);
175 
176         if (retval == -1) {
177             fprintf(stderr, "select error:%s.\n", strerror(errno));
178             return;
179         }
180 
181         if (retval == 0) {
182             fprintf(stdout, "select is timeout.\n");
183             continue;
184         }
185 
186         if (FD_ISSET(srvfd, readfds)) {
187             /*监听客户端请求*/
188             accept_client_proc(srvfd);
189         } else {
190             /*接受处理客户端消息*/
191             recv_client_msg(readfds);
192         }
193     }
194 }
195 
196 
197 static void server_uninit()
198 {
199     if (s_srv_ctx) {
200         free(s_srv_ctx);
201         s_srv_ctx = NULL;
202     }
203 }
204 
205 static int server_init()
206 {
207     s_srv_ctx = (server_context_st *)malloc(sizeof(server_context_st));
208     if (s_srv_ctx == NULL) {
209         return -1;
210     }
211 
212     memset(s_srv_ctx, 0, sizeof(server_context_st));
213 
214     int i = 0;
215     for (;i < SIZE; i++) {
216         s_srv_ctx->clifds[i] = -1;
217     }
218 
219     return 0;
220 }
221 
222 int main(int argc,char *argv[])
223 {
224     int  srvfd;
225 
226     if (server_init() < 0) {
227         return -1;
228     }
229 
230     srvfd = create_server_proc(IPADDR, PORT);
231     if (srvfd < 0) {
232         fprintf(stderr, "socket create or bind fail.\n");
233         goto err;
234     }
235 
236     handle_client_proc(srvfd);
237 
238     return 0;
239 
240 err:
241     server_uninit();
242     return -1;
243 }
复制代码

客户端程序如下:

复制代码
 1 #include <netinet/in.h>
 2 #include <sys/socket.h>
 3 #include <stdio.h>
 4 #include <string.h>
 5 #include <stdlib.h>
 6 #include <sys/select.h>
 7 #include <time.h>
 8 #include <unistd.h>
 9 #include <sys/types.h>
10 #include <errno.h>
11 
12 #define MAXLINE 1024
13 #define IPADDRESS "127.0.0.1"
14 #define SERV_PORT 8787
15 
16 #define max(a,b) (a > b) ? a : b
17 
18 static void handle_recv_msg(int sockfd, char *buf) 
19 {
20 printf("client recv msg is:%s\n", buf);
21 sleep(5);
22 write(sockfd, buf, strlen(buf) +1);
23 }
24 
25 static void handle_connection(int sockfd)
26 {
27 char sendline[MAXLINE],recvline[MAXLINE];
28 int maxfdp,stdineof;
29 fd_set readfds;
30 int n;
31 struct timeval tv;
32 int retval = 0;
33 
34 while (1) {
35 
36 FD_ZERO(&readfds);
37 FD_SET(sockfd,&readfds);
38 maxfdp = sockfd;
39 
40 tv.tv_sec = 5;
41 tv.tv_usec = 0;
42 
43 retval = select(maxfdp+1,&readfds,NULL,NULL,&tv);
44 
45 if (retval == -1) {
46 return ;
47 }
48 
49 if (retval == 0) {
50 printf("client timeout.\n");
51 continue;
52 }
53 
54 if (FD_ISSET(sockfd, &readfds)) {
55 n = read(sockfd,recvline,MAXLINE);
56 if (n <= 0) {
57 fprintf(stderr,"client: server is closed.\n");
58 close(sockfd);
59 FD_CLR(sockfd,&readfds);
60 return;
61 }
62 
63 handle_recv_msg(sockfd, recvline);
64 }
65 }
66 }
67 
68 int main(int argc,char *argv[])
69 {
70 int sockfd;
71 struct sockaddr_in servaddr;
72 
73 sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
74 
75 bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
76 servaddr.sin_family = AF_INET;
77 servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
78 inet_pton(AF_INET,IPADDRESS,&servaddr.sin_addr);
79 
80 int retval = 0;
81 retval = connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));
82 if (retval < 0) {
83 fprintf(stderr, "connect fail,error:%s\n", strerror(errno));
84 return -1;
85 }
86 
87 printf("client send to server .\n");
88 write(sockfd, "hello server", 32);
89 
90 handle_connection(sockfd);
91 
92 return 0;
93 }
复制代码

 

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:

参考:

http://konglingchun.is-programmer.com/posts/12146.html

http://blog.163.com/smileface100@126/blog/static/27720874200951024532966/

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