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linux select函数实用详解

2017年01月21日 ⁄ 综合 ⁄ 共 8139字 ⁄ 字号 评论关闭

select函数:

  系统提供select函数来实现多路复用输入/输出模型。原型:

  #include <sys/time.h>

  #include <unistd.h>

  select函数:

  系统提供select函数来实现多路复用输入/输出模型。原型:

  #include <sys/time.h>

  #include <unistd.h>

  int select(int maxfd,fd_set *rdset,fd_set *wrset,fd_set *exset,struct timeval *timeout);

  参数maxfd是需要监视的最大的文件描述符值+1rdset,wrset,exset分别对应于需要检测的可读文件描述符的集合,可写文件描述符的集合及异常文件描述符的集合。struct
timeval
结构用于描述一段时间长度,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

  FD_ZERO,FD_SET,FD_CLR,FD_ISSET:
参数maxfd是需要监视的最大的文件描述符值+1rdset,wrset,exset分别对应于需要检测的可读文件描述符的集合,可写文件描述符的集合及异常文件描述符的集合。struct
timeval
结构用于描述一段时间长度,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

  FD_ZERO,FD_SET,FD_CLR,FD_ISSET:

  FD_ZERO(fd_set *fdset);将指定的文件描述符集清空,在对文件描述符集合进行设置前,必须对其进行初始化,如果不清空,由于在系统分配内存空间后,通常并不作清空处理,所以结果是不可知的。

  FD_SET(fd_set *fdset);用于在文件描述符集合中增加一个新的文件描述符。

  FD_CLR(fd_set *fdset);用于在文件描述符集合中删除一个文件描述符。

  FD_ISSET(int fd,fd_set *fdset);用于测试指定的文件描述符是否在该集合中。

  struct timeval结构:

  struct timeval{

  long tv_sec;//second

  long tv_usec;//minisecond

  }

  timeout设置情况:

  null:select将一直被阻塞,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。

  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。

  --

  ('fd_set')
是一组文件描述符(fd)的集合。由于fd_set类型的长度在不同平台上不同,因此应该用一组标准的宏定义来处理此类变量:

  fd_set set; FD_ZERO(&set); /*
set清零 */ FD_SET(fd, &set); /*
fd加入set */ FD_CLR(fd, &set); /*
fdset中清除 */ FD_ISSET(fd, &set);
/*
如果fdset中则真 */

  在过去,一个fd_set通常只能包含少于等于32个文件描述符,因为fd_set其实只用了一个int的比特矢量来实现,在大多数情况下,检查
fd_set
能包括任意值的文件描述符是系统的责任,但确定你的fd_set到底能放多少有时你应该检查/修改宏FD_SETSIZE的值。*这个值是系统相关的*,同时检查你的系统中的select()
man手册。有一些系统对多于1024个文件描述符的支持有问题。

  多路复用的方式是真正实用的服务器程序,非多路复用的网络程序只能作为学习或着陪测的角色。本文说下个人

  接触过的多路复用函数:select/poll/epoll/portkqueue*nix系统没接触过,估计熟悉了上面

  四种,kqueue也只是需要熟悉一下而已。

  一、select模型

  select原型: int select(int n ,fd_set *readfds, fd_set *writefds,
fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

  其中参数n表示监控的所有fd中最大值+1

  和select模型紧密结合的四个宏,含义不解释了:

  FD_CLR(int fd, fd_set *set);

  FD_ISSET(int fd, fd_set *set);

  FD_SET(int fd, fd_set *set);

  FD_ZERO(fd_set *set);

  理解select模型的关键在于理解fd_set,为说明方便,取fd_set长度为1字节,fd_set中的每一bit可以对应一个文件描述符fd。则1字节长的fd_set最大可以对应8fd

  (1)执行fd_set set; FD_ZERO(&set);set用位表示是0000,0000

  (2)若fd5,执行FD_SET(fd,&set);set变为0001,0000(5位置为1)

  (3)若再加入fd2fd=1,set变为0001,0011

  (4)执行select(6,&set,0,0,0)阻塞等待

  (5)若fd=1,fd=2上都发生可读事件,则select返回,此时set变为0000,0011。注意:没有事件发生的fd=5被清空。

  基于上面的讨论,可以轻松得出select模型的特点:

  (1)可监控的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表示一个文件描述符,则我服务器上支持的最大文件描述符是512*8=4096。据说可调,另有说虽然可调,但调整上限受于编译内核时的变量值。本人对调整fd_set的大小不太感兴趣,参考http://www.cppblog.com
/CppExplore/archive/2008/03/21/45061.html
中的模型21)可以有效突破select可监控的文件描述符上限。

  (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)可见select模型必须在select前循环array(加fd,取maxfd),select返回后循环arrayFD_ISSET判断是否有时间发生)。

  下面给一个伪码说明基本select模型的服务器模型:

  array[slect_len];

  nSock=0;

  array[nSock++]=listen_fd;(之前listen port已绑定并listen)

  maxfd=listen_fd;

  while{

  FD_ZERO(&set);

  foreach (fd in array)

  {

  fd大于maxfd,则maxfd=fd

  FD_SET(fd,&set)

  }

  res=select(maxfd+1,&set,0,0,0)

  if(FD_ISSET(listen_fd,&set))

  {

  newfd=accept(listen_fd);

  array[nsock++]=newfd;

  if(--res<=0) continue

  }

  foreach
下标1开始 (fd in array)

  {

  if(FD_ISSET(fd,&tyle="COLOR: #ff0000">set))

  执行读等相关操作

  如果错误或者关闭,则要删除该fd,将array中相应位置和最后一个元素互换就好,nsock减一

  if(--res<=0) continue

  }

  }

 

  服务器端代码:

  引用

  #include <sys/types.h>

  #include <sys/socket.h>

  #include <stdio.h>

  #include <netinet/in.h>

  #include <sys/time.h>

  #include <sys/ioctl.h>

  #include <unistd.h>

  #include <stdlib.h>

  int main()

  {

  int server_sockfd, client_sockfd;

  int server_len, client_len;

  struct sockaddr_in server_address;

  struct sockaddr_in client_address;

  int result;

  fd_set readfds, testfds;

  /*创建套接字:IPv4, tcp流套接字*/

  server_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

  server_address.sin_family = AF_INET;

  /*INADDR_ANY代表本机IP,htonl将其转换为网络字节顺序(大端模式)*/

  server_address.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

  server_address.sin_port = htons(9734);

  server_len = sizeof(server_address);

  /*将端口与套接字绑定*/

  bind(server_sockfd, (struct sockaddr *)&server_address, server_len);

  /*监听,可接受5个连接请求*/

  listen(server_sockfd, 5);

  FD_ZERO(&readfds);

  FD_SET(server_sockfd, &readfds);

  /*等待客户端请求*/

  while(1) {

  char ch;

  int 
fd;

  int 
nread;

  testfds = readfds;

  /*服务器在select后等待客户端的请求(服务器阻塞)*/

  printf("server waiting\n");

  result = select(FD_SETSIZE, &testfds, (fd_set *)0,

  (fd_set *)0, (struct timeval *)0);

  if (result < 1) {

  perror("server");

  exit(1);

  }

  /*轮询,实际程序不使用这种极度耗时的方法*/

  for (fd = 0; fd < FD_SETSIZE; fd++) {

  if (FD_ISSET(fd, &testfds)) {

  if (fd == server_sockfd) {

  client_len = sizeof(client_address);

  client_sockfd = accept(server_sockfd, (struct sockaddr *)&client_address,

  &client_len);                   
/*接收客户端连接请求,并返回连接套接字用于收发数据*/

  FD_SET(client_sockfd, &readfds);   
/*需要监视发来请求的客户端*/

  printf("adding client on fd %d\n", client_sockfd);

  } else {                                                          
/*客户端发生状况*/

  ioctl(fd, FIONREAD, &nread);

  if (nread == 0) {

  close(fd);               
                        /*读取不到任何内容,关闭与客户端的连接套接字*/

  FD_CLR(fd, &readfds);             
/*清除客户端套接字描述符,不再对其"关注"*/

  printf("removing client on fd %d\n", fd);

  } else {

  read(fd, &ch, 1);

  sleep(5);

  printf("serving client on fd %d\n", fd);

  ch++;

  write(fd, &ch, 1);

  }

  }

  }

  }

  }

  }

 

  例子2

  #include <stdio.h>

  #include <stdlib.h>

  #include <unistd.h>

  #include <errno.h>

  #include <string.h>

  #include <sys/types.h>

  #include <sys/socket.h>

  #include <netinet/in.h>

  #include <arpa/inet.h>

  #define MYPORT 1234   
// the port users will be connecting to

  #define BACKLOG 5    
// how many pending connections queue will hold

  #define BUF_SIZE 200

  int fd_A[BACKLOG];   
// accepted connection fd

  int conn_amount;   
// current connection amount

  void showclient()

  {

  int i;

  printf("client amount: %d\n", conn_amount);

  for (i = 0; i < BACKLOG; i++)

  {

  printf("[%d]:%d 
", i, fd_A[i]);

  }

  printf("\n\n");

  }

  int main(void)

  {

  int sock_fd, new_fd; 
// listen on sock_fd, new connection on new_fd

  struct sockaddr_in server_addr;   
// server address information

  struct sockaddr_in client_addr; // connector's address information

  socklen_t sin_size;

  int yes = 1;

  char buf[BUF_SIZE];

  int ret;

  int i;

  if ((sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)

  {

  perror("socket");

  exit(1);

  }

  if (setsockopt(sock_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &yes, sizeof(int)) == -1)

  {

  perror("setsockopt");

  exit(1);

  }

  server_addr.sin_family = AF_INET;        
// host byte order

  server_addr.sin_port = htons(MYPORT);    
// short, network byte order

  server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // automatically fill with my IP

  memset(server_addr.sin_zero, '\0', sizeof(server_addr.sin_zero));

  if (bind(sock_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1)

  {

  perror("bind");

  exit(1);

  }

  if (listen(sock_fd, BACKLOG) == -1)

  {

  perror("listen");

  exit(1);

  }

  printf("listen port %d\n", MYPORT);

  fd_set fdsr;

  int maxsock;

  struct timeval tv;

  conn_amount = 0;

  sin_size = sizeof(client_addr);

  maxsock = sock_fd;

  while (1)

  {

  // initialize file descriptor set

  FD_ZERO(&fdsr);

  FD_SET(sock_fd, &fdsr);

  // timeout setting

  tv.tv_sec = 30;

  tv.tv_usec = 0;

  // add active connection to fd set

  for (i = 0; i < BACKLOG; i++)

  {

  if (fd_A[i] != 0)

  {

  FD_SET(fd_A[i], &fdsr);

  }

  }

 

  ret = select(maxsock + 1, &fdsr, NULL, NULL, &tv);

  if (ret < 0)

  {

  perror("select");

  break;

  } else if (ret == 0)

  {

  printf("timeout\n");

  continue;

  }

  // check every fd in the set

  for (i = 0; i < conn_amount; i++)

  {

  if (FD_ISSET(fd_A[i], &fdsr))

  {

  ret = recv(fd_A[i], buf, sizeof(buf), 0);

  if (ret <= 0)

  {       
// client close

  printf("client[%d] close\n", i);

  close(fd_A[i]);

  FD_CLR(fd_A[i], &fdsr);

  fd_A[i] = 0;

  }

  else

  {       
// receive data

  if (ret < BUF_SIZE)

  memset(&buf[ret], '\0', 1);

  printf("client[%d] send:%s\n", i, buf);

  }

  }

  }

  // check whether a new connection comes

  if (FD_ISSET(sock_fd, &fdsr))

  {

  new_fd = accept(sock_fd, (struct sockaddr *)&client_addr, &sin_size);

  if (new_fd <= 0)

  {

  perror("accept");

  continue;

  }

  // add to fd queue

  if (conn_amount < BACKLOG)

  {

  fd_A[conn_amount++] = new_fd;

  printf("new connection client[%d] %s:%d\n", conn_amount,

  inet_ntoa(client_addr.sin_addr), ntohs(client_addr.sin_port));

  if (new_fd > maxsock)

  maxsock = new_fd;

  }

  else

  {

  printf("max connections arrive, exit\n");

  send(new_fd, "bye", 4, 0);

  close(new_fd);

  break;

  }

  }

  showclient();

  }

  // close other connections

  for (i = 0; i < BACKLOG; i++)

  {

  if (fd_A[i] != 0)

  {

  close(fd_A[i]);

  }

  }

  exit(0);

  }

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