select和poll函数讲解

五种IO处理模型

阻塞性IO模型 

在这种模型下，若调用的IO函数没有完成相关的功能，则会使进程挂起，直到相关数据到达才会返回，如常见的管道设备，终端设备，网络设备进行读写时经常出现这种情况；

非阻塞型IO模型

在这种模型下，当请求的io操作不能完成时，则不让进程睡眠，而且立即返回，非阻塞io使用户可以调用不会阻塞的iowa操作，如open（），write（），read（）。如果该操作不能完成，则会立即返回出错（如打不开文件）或者返回0（如在缓冲区没有数据可以读取或者没有空间可以写入数据）

IO多路转接模型

在这种模型下，如果请求的iowa操作阻塞，且他不是真正的阻塞io，而是让其中的一个函数等待，在此期间，io不能进行其他操作。如select（）和poll（）函数

信号驱动IO模型

在这种模型下，进程要定义一个信号处理程序，系统可以自动捕获特定信号的到来，从而启动iowa。这是由内核通知用户何时可以启动一个iowa操作决定的。他是非阻塞的，当有就绪的数据时，内核就向该进程发送SIGIO信号，无论我们如何处理SIGIO信号，这种模型的好处就是当等待数据到达时，可以不阻塞，主程序继续执行，只有收到SIGIO信号才去处理数据即可。

异步IO模型

在这种模型下，进程先让内核启动IO操作，并在整个操作完成后通知该进程，这种模型与信号驱动模型的主要区别在于：信号驱动io是内核通知我们何时可以启动一个io操作，而异步io模型是由内核通知进程io操作何时完成的。现在，并不是所有的系统都支持这种模型。

可以看到，select（）和poll（）的io多路转接模型是处理io复用的一个高效方法，他可以具体设置程序中每一个所关心的文件描述符的条件。希望等待的时间等，select（）和poll（）函数返回时，内核会通知用户已准备好的文件描述符的数量、已准备好的条件（或者事件等）通过使用select（）和poll（）函数的返回结果（可能是某个文件描述符的注册事件或是超时，或是调用出错），就可以调用相应的io处理函数了。

阻塞方式block，就是进程或是线程执行到这些函数时必须等待某个事件的发生，如果事件没有发生，进程或线程就被阻塞，函数不能立即返回。使用Select就可以完成非阻塞non-block，就是进程或线程执行此函数时不必非要等待事件的发生，一旦执行肯定返回，以返回值的不同来反映函数的执行情况，如果事件发生则与阻塞方式相同，若事件没有发生则返回一个代码来告知事件未发生，而进程或线程继续执行，所以效率较高。select能够监视我们需要监视的文件描述符的变化情况。

（一）首先说明两个结构体：
1：struct fd_set一个存放文件描述符(file descriptor)，即文件句柄的聚合，实际上是一long类型的数组，
每一个数组元素都能与一打开的文件句柄（不管是Socket句柄,还是其他文件或命名管道或设备句柄）建立联系，建立联系的工作由程序员完成；

FD_ZERO(fd_set *fdset)：清空fdset与所有文件句柄的联系。
FD_SET(int fd, fd_set *fdset)：建立文件句柄fd与fdset的联系。
FD_CLR(int fd, fd_set *fdset)：清除文件句柄fd与fdset的联系。
FD_ISSET(int fd, fdset *fdset)：检查fdset联系的文件句柄fd是否可读写，>0表示可读写。

2：struct timeval用来代表时间值，有两个成员，一个是秒数tv_sec，另一个是毫秒数tv_usec。

（二）select（）函数原型：
1：int select(int nfds, fd_set *rdfds, fd_set *wtfds, fd_set *exfds, struct timeval *timeout)

2：ndfs：select中监视的文件句柄数，一般设为要监视的文件中的最大文件号加一。
3：rdfds：select（）监视的可读文件句柄集合，当rdfds映象的文件句柄状态变成可读时系统告诉select函数返回。
这个集合中有一个文件可读，select就会返回一个大于0的值，表示有文件可读，
如果没有可读的文件，则根据timeout参数再判断是否超时，
若超出timeout的时间，select返回0，若发生错误返回负值，
可以传入NULL值，表示不关心任何文件的读变化；
4：wtfds: select（）监视的可写文件句柄集合，当wtfds映象的文件句柄状态变成可写时系统告诉select函数返回。
如果这个集合中有一个文件可写，select就会返回一个大于0的值，表示有文件可写，
如果没有可写的文件，则根据timeout参数再判断是否超时，
若超出timeout的时间，select返回0，若发生错误返回负值，
可以传入NULL值，表示不关心任何文件的写变化。
5：exfds：select（）监视的异常文件句柄集合，当exfds映象的文件句柄上有特殊情况发生时系统会告诉select函数返回。
6：timeout：select（）的超时结束时间。
这个参数它使select处于三种状态，
第一，若将NULL以形参传入，即不传入时间结构，就是将select置于阻塞状态，
一定等到监视文件描述符集合中某个文件描述符发生变化为止；
第二，若将时间值设为0秒0毫秒，就变成一个纯粹的非阻塞函数，不管文件描述符是否有变化，
都立刻返回继续执行，文件无变化返回0，有变化返回一个正值；
第三，timeout的值大于0，这就是等待的超时时间，即select在timeout时间内阻塞，
超时时间之内有事件到来就返回了，否则在超时后不管怎样一定返回，返回值同上述。

7：返回值：负值：select错误
0：等待超时，没有可读写或错误的文件
正值：某些文件可读可写或出错

（三）下面是一个有三个套接字句柄的例子

int sa, sb, sc;
sa = socket(...);
connect(sa,...);
sb = socket(...);
connect(sb,...);
sc = socket(...);
connect(sc,...);
FD_SET(sa, &rdfds);/* 分别把3个句柄加入读监视集合里去 */
FD_SET(sb, &rdfds);
FD_SET(sc, &rdfds);
int maxfd = 0;
if(sa > maxfd) maxfd = sa;/* 获取3个句柄的最大值 */
if(sb > maxfd) maxfd = sb;
if(sc > maxfd) maxfd = sc;
struct timeval tv;
tv.tv_sec   = ... ;
tv.tv_usec = ...;
ret = select(maxfd + 1, &rdfds, NULL, NULL, &tv); /* 注意是最大值加1 */
if(ret < 0)
{
    perror("select");  /* select函数出错 */
}
else if(ret == 0)
{
    printf("超时\n"); /* 在设定的tv时间内，socket的状态没有发生变化 */
}
else
{
    printf("ret=%d\n", ret);
    if(FD_ISSET(sa, &rdfds)) /* 先判断一下sa这个被监视的句柄是否真的变成可读的了 */
    {
        recv(...);  /* 读取socket句柄里的数据 */
    }
    ......
}