參考鏈接: IO多路復用之select總結(jié)
1懊缺、基本概念
IO多路復用是指內(nèi)核一旦發(fā)現(xiàn)進程指定的一個或者多個IO條件準備讀取，它就通知該進程培他。IO多路復用適用如下場合：
（1）當客戶處理多個描述字時（一般是交互式輸入和網(wǎng)絡(luò)套接口）鹃两，必須使用I/O復用。
（2）當一個客戶同時處理多個套接口時舀凛，而這種情況是可能的俊扳，但很少出現(xiàn)。
（3）如果一個TCP服務器既要處理監(jiān)聽套接口猛遍，又要處理已連接套接口馋记，一般也要用到I/O復用。
（4）如果一個服務器即要處理TCP懊烤，又要處理UDP梯醒，一般要使用I/O復用。
（5）如果一個服務器要處理多個服務或多個協(xié)議腌紧，一般要使用I/O復用茸习。
與多進程和多線程技術(shù)相比，I/O多路復用技術(shù)的最大優(yōu)勢是系統(tǒng)開銷小壁肋，系統(tǒng)不必創(chuàng)建進程/線程号胚，也不必維護這些進程/線程，從而大大減小了系統(tǒng)的開銷浸遗。
2猫胁、select函數(shù)
該函數(shù)準許進程指示內(nèi)核等待多個事件中的任何一個發(fā)送，并只在有一個或多個事件發(fā)生或經(jīng)歷一段指定的時間后才喚醒乙帮。函數(shù)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：就緒描述符的數(shù)目杜漠，超時返回0，出錯返回-1
函數(shù)參數(shù)介紹如下：
（1）第一個參數(shù)maxfdp1指定待測試的描述字個數(shù)，它的值是待測試的最大描述字加1（因此把該參數(shù)命名為maxfdp1）驾茴，描述字0盼樟、1、2...maxfdp1-1均將被測試锈至。
因為文件描述符是從0開始的晨缴。
（2）中間的三個參數(shù)readset、writeset和exceptset指定我們要讓內(nèi)核測試讀峡捡、寫和異常條件的描述字击碗。如果對某一個的條件不感興趣，就可以把它設(shè)為空指針们拙。struct fd_set可以理解為一個集合稍途，這個集合中存放的是文件描述符，可通過以下四個宏進行設(shè)置：
void FD_ZERO(fd_set *fdset); // 清空集合
void FD_SET(int fd, fd_set *fdset); //將一個給定的文件描述符加入集合之中
void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset); //將一個給定的文件描述符從集合中刪除
int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset); // 檢查集合中指定的文件描述符是否可以讀寫
（3）timeout告知內(nèi)核等待所指定描述字中的任何一個就緒可花多少時間砚婆。其timeval結(jié)構(gòu)用于指定這段時間的秒數(shù)和微秒數(shù)械拍。
struct timeval{
long tv_sec; //seconds
long tv_usec; //microseconds
};
這個參數(shù)有三種可能：
（1）永遠等待下去：僅在有一個描述字準備好I/O時才返回。為此装盯，把該參數(shù)設(shè)置為空指針NULL坷虑。
（2）等待一段固定時間：在有一個描述字準備好I/O時返回，但是不超過由該參數(shù)所指向的timeval結(jié)構(gòu)中指定的秒數(shù)和微秒數(shù)埂奈。
（3）根本不等待：檢查描述字后立即返回迄损，這稱為輪詢。為此账磺，該參數(shù)必須指向一個timeval結(jié)構(gòu)芹敌，而且其中的定時器值必須為0。
原理圖：
3垮抗、測試程序
寫一個TCP回射程序党窜，程序的功能是：客戶端向服務器發(fā)送信息，服務器接收并原樣發(fā)送給客戶端借宵，客戶端顯示出接收到的信息。
服務端程序如下：
#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; /*客戶端個數(shù)*/
int clifds[SIZE]; /*客戶端的個數(shù)*/
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;
/*===========================================================================
* ==========================================================================*/
/* 創(chuàng)建服務,開始監(jiān)聽客戶端請求 */
static int create_server_proc(const char* ip,int port)
{
int fd;
struct sockaddr_in servaddr;
// 創(chuàng)建socket
fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0);
// 創(chuàng)建socket 失敗
if (fd == -1) {
fprintf(stderr, "create socket fail,erron:%d,reason:%s\n",
errno, strerror(errno));
return -1;
}
/*一個端口釋放后會等待兩分鐘之后才能再被使用矾削，SO_REUSEADDR是讓端口釋放后立即就可以被再次使用壤玫。*/
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：將“點分十進制” －> “二進制整數(shù)” */
inet_pton(AF_INET,ip,&servaddr.sin_addr);
servaddr.sin_port = htons(port);
// socket 綁定端口
if (bind(fd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) == -1) {
perror("bind error: ");
return -1;
}
// server 開始監(jiān)聽
listen(fd,LISTENQ);
return fd;
}
/** 監(jiān)聽客戶端請求*/
static int accept_client_proc(int srvfd)
{
// 客戶端ip、port
struct sockaddr_in cliaddr;
socklen_t cliaddrlen;
cliaddrlen = sizeof(cliaddr);
int clifd = -1;
printf("accpet clint proc is called.\n");
// 接受客戶端socket鏈接哼凯；
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);
// 將新的連接描述符socket添加到數(shù)組中
int i = 0;
for (i = 0; i < SIZE; i++) {
if (s_srv_ctx->clifds[i] < 0) { // s_srv_ctx 初始值為-1
s_srv_ctx->clifds[i] = clifd;
s_srv_ctx->cli_cnt++;
break;
}
}
if (i == SIZE) {
fprintf(stderr,"too many clients.\n");
return -1;
}
return -1;
}
static int handle_client_msg(int fd, char *buf)
{
assert(buf);
printf("recv buf is :%s\n", buf);
// 收到消息后欲间，回寫client的消息
write(fd, buf, strlen(buf) +1);
return 0;
}
/* 接受處理客戶端消息 */
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;
}
/*判斷客戶端套接字是否有數(shù)據(jù)*/
if (FD_ISSET(clifd, readfds)) {
// 接收客戶端發(fā)送的信息
n = read(clifd, buf, MAXLINE);
if (n <= 0) {
/* n==0表示讀取完成，客戶都關(guān)閉套接字 */
FD_CLR(clifd, &s_srv_ctx->allfds); // FD_CLR將一個給定的文件描述符從集合中刪除
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) {
/* 每次調(diào)用select前都要重新設(shè)置文件描述符和時間断部，因為事件發(fā)生后猎贴，文件描述符和時間都被內(nèi)核修改啦*/
FD_ZERO(readfds);
/* 添加監(jiān)聽套接字 */
FD_SET(srvfd, readfds);
s_srv_ctx->maxfd = srvfd;
tv.tv_sec = 30;
tv.tv_usec = 0;
/*添加客戶端套接字*/
for (i = 0; i < s_srv_ctx->cli_cnt; i++) {
clifd = s_srv_ctx->clifds[i];
/*去除無效的客戶端句柄*/
if (clifd != -1) {
FD_SET(clifd, readfds);
}
// 記錄最大描述符
s_srv_ctx->maxfd = (clifd > s_srv_ctx->maxfd ? clifd : s_srv_ctx->maxfd);
}
/* 開始輪詢接收處理服務端和客戶端套接字*/
retval = select(s_srv_ctx->maxfd + 1, readfds, NULL, NULL, &tv); // 服務器監(jiān)聽讀的描述字
if (retval == -1) { // -1 出錯
fprintf(stderr, "select error:%s.\n", strerror(errno));
return;
}
if (retval == 0) { // 0 超時
fprintf(stdout, "select is timeout.\n");
continue;
}
if (FD_ISSET(srvfd, readfds)) { // FD_ISSET 檢查集合中指定的文件描述符是否可以讀寫
/*監(jiān)聽客戶端請求*/
accept_client_proc(srvfd);
} else {
/*接受處理客戶端消息*/
recv_client_msg(readfds);
}
}
}
/* 銷毀 */
static void server_uninit()
{
if (s_srv_ctx) {
free(s_srv_ctx);
s_srv_ctx = NULL;
}
}
/*初始化服務端context*/
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; // 初始值為-1
}
return 0;
}
int main(int argc,char *argv[])
{
int srvfd;
/*初始化服務端context*/
if (server_init() < 0) {
return -1;
}
/* 創(chuàng)建服務,開始監(jiān)聽客戶端請求 */
srvfd = create_server_proc(IPADDR, PORT);
if (srvfd < 0) {
fprintf(stderr, "socket create or bind fail.\n");
goto err;
}
/*開始接收并處理客戶端請求*/
handle_client_proc(srvfd);
server_uninit();
return 0;
err:
server_uninit();
return -1;
}
客戶端程序如下：
#include <stdio.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.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); // client 將收到的消息再次回寫到服務器
}
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); // 將一個給定的文件描述符加入集合 fd_set 之中
maxfdp = sockfd;
tv.tv_sec = 5;
tv.tv_usec = 0;
/* 開始輪詢接收處理 客戶端套 接字; 始終只有一個socket */
retval = select(maxfdp+1,&readfds,NULL,NULL,&tv);
if (retval == -1) { // -1 出錯
return ;
}
if (retval == 0) { // 0 超時
printf("client timeout.\n");
continue;
}
if (FD_ISSET(sockfd, &readfds)) {
n = read(sockfd,recvline,MAXLINE); // 讀取服務端 發(fā)回的信息
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;
/* 連接socket */
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);
/* 鏈接服務器地址 */
int retval = 0;
retval = connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));
if (retval < 0) { // 連接失敗
fprintf(stderr, "connect fail,error:%s\n", strerror(errno));
return -1;
}
printf("client send to server .\n");
write(sockfd, "hello server", 32); // 客戶端向服務器發(fā)送信息
/* 處理服務器端返回 */
handle_connection(sockfd);
return 0;
}
4、程序結(jié)果
啟動服務程序，執(zhí)行三個個客戶程序進行測試她渴，結(jié)果如下圖所示：
5达址、程序在mac xcode下結(jié)果
// Server
/* 開始輪詢接收處理服務端和客戶端套接字*/
retval = select(s_srv_ctx->maxfd + 1, readfds, NULL, NULL, &tv); // 服務器監(jiān)聽讀的描述字
// Client
/* 開始輪詢接收處理 客戶端套 接字; 始終只有一個socket */
retval = select(maxfdp+1,&readfds,NULL,NULL,&tv);
DingTalk-nn.png
參考：
http://konglingchun.is-programmer.com/posts/12146.html
http://blog.163.com/smileface100@126/blog/static/27720874200951024532966/
備注：
（1）2016-10-23修改服務端,添加注釋，非法客戶端的處理趁耗。
