Linux网络编程——I/O复用之select详解

一、I/O复用概述

I/O复用概念：

解决进程或线程阻塞到某个 I/O 系统调用而出现的技术，使进程不阻塞于某个特定的 I/O 系统调

I/O复用使用的场合：

1.当客户处理多个描述符（通常是交互式输入、网络套接字）时，必须使用I/O复用。

2.tcp服务器既要处理监听套接字，又要处理已连接套接字，一般要使用I/O复用。

3.如果一个服务器既要处理tcp又要处理udp，一般要使用I/O复用。

4.如果一个服务器要处理多个服务或多个服务时，一般要使用I/O复用。

I/O复用常用函数：

select、poll

二、select()函数

select函数介绍：

int select(int maxfd, fd_set *readset, fd_set *writeset, fd_set *exceptset, const struct timeval *timeout);

功能：轮询扫描多个描述符中的任一描述符是否发生响应，或经过一段时间后唤醒

参数：

参数名称说明maxfd指定要检测的描述符的范围所检测描述符最大值+1
readset
可读描述符集
监测该集合中的任意描述符是否有数据可读
writeset
可写描述符集
监测该集合中的任意描述符是否有数据可写
exceptset
异常描述符集
监测该集合中的任意描述符是否发生异常
timeout
超时时间
超过规定时间后唤醒

返回值：

0：超时

-1：出错

>0：准备好的文件描述符数量

头文件：

[csharp] view plain copy

1. #include <sys/select.h>  
2. #include <sys/time.h>  

超时时间：

[csharp] view plain copy

1. //该结构体表示等待超时的时间  
2. struct timeval{  
3.     long tv_sec;//秒  
4.     long tv_usec;//微秒  
5. };  
6.   
7. //比如等待10.2秒  
8. struct timeval timeout;  
9. timeoout.tv_sec = 10;  
10. timeoout.tv_usec = 200000;  
11.   
12. //将select函数的timeout参数设置为NULL则永远等待  

描述符集合的操作：

select()函数能对多个文件描述符进行监测，如果一个参数对应一个描述符，那么select函数的4个参数最多能监测4个文件描述，那他如何实现对多个文件描述符的监测的呢？

大家想一想文件描述符基本具有3种特性（读、写、异常），如果我们统一将监测可读的描述符放入可读集合（readset），监测可写的描述符放入可写集合（writeset），监测异常的描述符放入异常集合（exceptset）。然后将这3个集合传给select函数，是不是就可监测多个描述符呢.

如何将某个描述符加入到特定的集合中呢？这时就需要了解下面的集合操作函数

[csharp] view plain copy

1. /初始化描述符集  
2. void FD_ZERO(fd_set *fdset);  
3.   
4. //将一个描述符添加到描述符集  
5. void FD_SET(int fd, fd_set *fdset);  
6.   
7. //将一个描述符从描述符集中删除  
8. void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);  
9.   
10. //检测指定的描述符是否有事件发生  
11. int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);  

select()函数整体使用框架：

例子：检测 0、4、5 描述符是否准备好读

[csharp] view plain copy

1. while(1)  
2. {  
3.     fd_set rset;//创建一个描述符集rset  
4.     FD_ZERO(&rset);//对描述符集rset清零  
5.     FD_SET(0, &rset);//将描述符0加入到描述符集rset中  
6.     FD_SET(4, &rset);//将描述符4加入到描述符集rset中  
7.     FD_SET(5, &rset);//将描述符5加入到描述符集rset中  
8.       
9.     if(select(5+1, &rset, NULL, NULL, NULL) > 0)  
10.     {  
11.         if(FD_ISSET(0, &rset))  
12.         {  
13.             //描述符0可读及相应的处理代码  
14.         }  
15.           
16.         if(FD_ISSET(4, &rset))  
17.         {  
18.             //描述符4可读及相应的处理代码  
19.         }  
20.         if(FD_ISSET(5, &rset))  
21.         {  
22.             //描述符5可读及相应的处理代码  
23.         }  
24.     }  
25. }  

三、select函数的应用对比

我们通过udp同时收发的例子来说明select的妙处。

对于udp同时收发立马想到的是一个线程收、另一个线程发，下面的代码就是通过多线程来实现

[csharp] view plain copy

1. #include <string.h>  
2. #include <stdio.h>  
3. #include <stdlib.h>  
4. #include <unistd.h>  
5. #include <sys/select.h>  
6. #include <sys/time.h>  
7. #include <sys/socket.h>  
8. #include <netinet/in.h>  
9. #include <arpa/inet.h>  
10. #include <pthread.h>  
11.   
12. //接收线程：负责接收消息并显示  
13. void *recv_thread(void* arg)  
14. {  
15.     int udpfd = (int)arg;  
16.     struct sockaddr_in addr;  
17.     socklen_t addrlen = sizeof(addr);  
18.       
19.     bzero(&addr,sizeof(addr));  
20.     while(1)  
21.     {  
22.         char buf[200]  = "";  
23.         char ipbuf[16] = "";  
24.         recvfrom(udpfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr*)&addr, &addrlen);  
25.         printf("\r\033[31m[%s]:\033[32m%s\n",inet_ntop(AF_INET,&addr.sin_addr,ipbuf,sizeof(ipbuf)),buf);  
26.         write(1,"UdpQQ:",6);  
27.     }  
28.     return NULL;  
29. }  
30.   
31. int main(int argc,char *argv[])  
32. {  
33.     char buf[100] = "";  
34.     int  udpfd = 0;  
35.     pthread_t tid;  
36.     struct sockaddr_in addr;  
37.     struct sockaddr_in cliaddr;  
38.       
39.     //对套接字地址进行初始化  
40.     bzero(&addr,sizeof(addr));  
41.     addr.sin_family = AF_INET;  
42.     addr.sin_port   = htons(8000);  
43.     addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);  
44.   
45.     bzero(&cliaddr,sizeof(cliaddr));      
46.     cliaddr.sin_family = AF_INET;  
47.     cliaddr.sin_port   = htons(8000);  
48.   
49.     //创建套接口  
50.     if( (udpfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM, 0)) < 0)  
51.     {  
52.         perror("socket error");  
53.         exit(-1);  
54.     }  
55.       
56.     //设置端口  
57.     if(bind(udpfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) < 0)  
58.     {  
59.         perror("bind error");  
60.         close(udpfd);         
61.         exit(-1);  
62.     }  
63.       
64.     printf("input: \"sayto 192.168.221.X\" to sendmsg to somebody\n");  
65.     //创建接收线程  
66.     pthread_create(&tid, NULL, recv_thread, (void*)udpfd); //创建线程  
67.     printf("\033[32m"); //设置字体颜色  
68.     fflush(stdout);  
69.       
70.     while(1)  
71.     {     
72.         //主线程负责发送消息  
73.         write(1,"UdpQQ:",6);//1 表示标准输出  
74.         fgets(buf, sizeof(buf), stdin); //等待输入  
75.         buf[strlen(buf) - 1] = '\0';    //确保输入的最后一位是'\0'  
76.         if(strncmp(buf, "sayto", 5) == 0)  
77.         {  
78.             char ipbuf[INET_ADDRSTRLEN] = "";  
79.             inet_pton(AF_INET, buf+6, &cliaddr.sin_addr);//给addr套接字地址再赋值.  
80.             printf("\rconnect %s successful!\n",inet_ntop(AF_INET,&cliaddr.sin_addr,ipbuf,sizeof(ipbuf)));  
81.             continue;  
82.         }  
83.         else if(strncmp(buf, "exit",4) == 0)  
84.         {  
85.             close(udpfd);  
86.             exit(0);  
87.         }  
88.           
89.         sendto(udpfd, buf, strlen(buf),0,(struct sockaddr*)&cliaddr, sizeof(cliaddr));  
90.     }  
91.       
92.     return 0;  
93. }  

运行结果：

用select来完成上述同样的功能：

[csharp] view plain copy

1. #include <string.h>  
2. #include <stdio.h>  
3. #include <stdlib.h>  
4. #include <unistd.h>  
5. #include <sys/select.h>  
6. #include <sys/time.h>  
7. #include <sys/socket.h>  
8. #include <netinet/in.h>  
9. #include <arpa/inet.h>  
10.   
11. int main(int argc,char *argv[])  
12. {  
13.     int udpfd = 0;  
14.     struct sockaddr_in saddr;  
15.     struct sockaddr_in caddr;  
16.   
17.     bzero(&saddr,sizeof(saddr));  
18.     saddr.sin_family = AF_INET;  
19.     saddr.sin_port   = htons(8000);  
20.     saddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);  
21.       
22.     bzero(&caddr,sizeof(caddr));  
23.     caddr.sin_family  = AF_INET;  
24.     caddr.sin_port    = htons(8000);  
25.       
26.     //创建套接字  
27.     if( (udpfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM, 0)) < 0)  
28.     {  
29.         perror("socket error");  
30.         exit(-1);  
31.     }  
32.       
33.     //套接字端口绑字  
34.     if(bind(udpfd, (struct sockaddr*)&saddr, sizeof(saddr)) != 0)  
35.     {  
36.         perror("bind error");  
37.         close(udpfd);         
38.         exit(-1);  
39.     }  
40.   
41.     printf("input: \"sayto 192.168.220.X\" to sendmsg to somebody\033[32m\n");    
42.     while(1)  
43.     {     
44.         char buf[100]="";     
45.         fd_set rset;    //创建文件描述符的聚合变量    
46.         FD_ZERO(&rset); //文件描述符聚合变量清0  
47.         FD_SET(0, &rset);//将标准输入添加到文件描述符聚合变量中  
48.         FD_SET(udpfd, &rset);//将udpfd添加到文件描述符聚合变量中        
49.         write(1,"UdpQQ:",6);  
50.           
51.         if(select(udpfd + 1, &rset, NULL, NULL, NULL) > 0)  
52.         {  
53.             if(FD_ISSET(0, &rset))//测试0是否可读写  
54.             {                 
55.                 fgets(buf, sizeof(buf), stdin);  
56.                 buf[strlen(buf) - 1] = '\0';  
57.                 if(strncmp(buf, "sayto", 5) == 0)  
58.                 {  
59.                     char ipbuf[16] = "";  
60.                     inet_pton(AF_INET, buf+6, &caddr.sin_addr);//给addr套接字地址再赋值.  
61.                     printf("\rsay to %s\n",inet_ntop(AF_INET,&caddr.sin_addr,ipbuf,sizeof(ipbuf)));  
62.                     continue;  
63.                 }  
64.                 else if(strcmp(buf, "exit")==0)  
65.                 {  
66.                     close(udpfd);  
67.                     exit(0);  
68.                 }  
69.                 sendto(udpfd, buf, strlen(buf),0,(struct sockaddr*)&caddr, sizeof(caddr));  
70.             }  
71.             if(FD_ISSET(udpfd, &rset))//测试udpfd是否可读写  
72.             {  
73.                 struct sockaddr_in addr;  
74.                 char ipbuf[INET_ADDRSTRLEN] = "";  
75.                 socklen_t addrlen = sizeof(addr);  
76.                   
77.                 bzero(&addr,sizeof(addr));  
78.                   
79.                 recvfrom(udpfd, buf, 100, 0, (struct sockaddr*)&addr, &addrlen);  
80.                 printf("\r\033[31m[%s]:\033[32m%s\n",inet_ntop(AF_INET,&addr.sin_addr,ipbuf,sizeof(ipbuf)),buf);  
81.             }  
82.         }  
83.     }  
84.       
85.     return 0;  
86. }  

运行结果：