Linux下IO多路复用之select函数的使用

select函数的作用:

    如果我们的程序里有两个需要阻塞的地方,例如要从服务器读数据,同时还要从键盘上读数据(若不采用阻塞而用查询的方式则大量占用系统资源)。这个时候我们就有两处阻塞,你当然可以用多线程或多进程的方法去解决,但我们今天介绍另外一个方法:I/O多路复用,如select,poll等机制,select它能够监视我们需要监视的文件描述符的变化情况——读写或是异常。

头文件:
#include <sys/select.h>

函数原型:
int select(int maxfdp,fd_set *readfds,fd_set *writefds,fd_set *errorfds,struct timeval *timeout);

参数:

1.int maxfdp是一个整数值,是指集合中所有文件描述符的范围,即所有文件描述符的最大值加1,不能错!在Windows中这个       参数值无所谓,可以设置不正确。
2.fd_set* readfds是指向fd_set结构的指针,这个集合中应该包括文件描述符,我们是要监视这些文件描述符的读变化的,即我    们关心是否可以从这些文件中读取数据了,如果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。可以入NULL值,表示不关心任何文件的读变化。
3.fd_set* writefds是指向fd_set结构的指针,这个集合中应该包括文件描述符,我们是要监视这些文件描述符的写变化的,即我们关心是否可以向这些文件中写入数据了,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。
4.fe_set* errorfds同上面两个参数的意图,用来监视文件错误异常。
5.struct timeval* timeout是select的超时时间,这个参数至关重要,它可以使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。

返回值:

  负值:select错误;
  正值:某些文件可读写或出错;
  0:等待超时,没有可读写或错误的文件。


错误码:

执行成功则返回文件描述词状态已改变的个数,如果返回0代表在描述词状态改变前已超过timeout时间,当有错误发生时则返回-1,错误原因存于errno,此时参数readfds,writefds,exceptfds和timeout的值变成不可预测。
 

EBADF 文件描述词为无效的或该文件已关闭

EINTR 此调用被信号所中断

EINVAL 参数n为负值。

ENOMEM 核心内存不足

函数说明:

select()用来等待文件描述词状态的改变。参数maxfdp代表最大的文件描述词加1,参数readfds、writefds和exceptfds 称为描述词组,是用来回传该描述词的读,写或例外的状况。底下的宏提供了处理这三种描述词组的方式:

FD_CLR(inr fd,fd_set* set);		用来清除描述词组set中相关fd的位

FD_ISSET(int fd,fd_set *set);	用来测试描述词组set中相关fd的位是否为真

FD_SET(int fd,fd_set*set);		用来设置描述词组set中相关fd的位

FD_ZERO(fd_set *set);			用来清除描述词组set的全部位

结构体说明:

1)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(filedescriptor),即文件句柄,这可以是我们所说的普通意义的文件,当然Unix下任何设备、管道、FIFO等都是文件形式,全部包括在内,所以毫无疑问一个socket就是一个文件,socket句柄就是一个文件描述符。
fd_set集合可以通过一些宏由人为来操作,比如
 

清空集合FD_ZERO(fd_set *);
将一个给定的文件描述符加入集合之中FD_SET(int ,fd_set*);
将一个给定的文件描述符从集合中删除FD_CLR(int,fd_set*);
检查集合中指定的文件描述符是否可以读写FD_ISSET(int ,fd_set* )。一会儿举例说明。

2)struct timeval是一个大家常用的结构,用来代表时间值,有两个成员,一个是秒数,另一个是微妙数。如下所示:

truct timeval
{
	time_t tv_sec;		//seconds 秒
	time_t tv_usec;		//microseconds 微秒,1000000 微秒 = 1秒
}; 
//头文件
#include <sys/time.h>

注意:

1.select()函数里面的各个文件描述符fd_set集合的参数在select()前后发送了变化:

前:表示关心的文件描述符集合

后:有数据的集合(如不是在超时返回的情况下)

换句话说就是:我们先是设置了要监控的各个I/O的文件描述符到fd_set集合,然后调用select(),最后fd_set集合只剩下有"异常"(包括读、写、异常)的文件描述符,所以上面说到的这些设置fd_set集合、调用select()、判断是哪些IO有数据的步骤通常都是while循环中实现。

2.调用select函数前后fd_set集合发送的变化,是由kernel来完成的。

示例1:Linux下监控键盘上是否有数据到来?

#include <sys/time.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <assert.h>

#include <unistd.h>
#include <iostream>
using namespace std;

int main ()
{
    int keyboard;
    int ret,i;
    char c;
    fd_set readfd;
    struct timeval timeout;
    keyboard = open("/dev/tty",O_RDONLY | O_NONBLOCK);
    assert(keyboard>0);
    while(1)
    {
        timeout.tv_sec=1;
        timeout.tv_usec=0;
        FD_ZERO(&readfd);                //结构体清0
        FD_SET(keyboard,&readfd);        //把键盘文件的句柄加入"读集合"之中
 
        ///监控函数
        ret=select(keyboard+1,&readfd,NULL,NULL,&timeout);    //第一个参数为最大文件句柄+1
        if(ret == -1)   //错误情况
            cout<<"error"<<endl ;
        else if(ret)    //返回值大于0 有数据到来
            if(FD_ISSET(keyboard,&readfd))    //检查集合中键盘文件是否可以读(因为加入"读集合"的可能不止键盘)
            {            
                /* 读出键盘的数据 */
                i=read(keyboard,&c,1);
                if('\n'==c)
                    continue;
                printf("hehethe input is %c\n",c);
                if ('q'==c)
                    break;
            }
        else    //超时情况
        {
            cout<<"time out"<<endl;
            continue;
        }
    }
}

示例2:Linux下监控多个文件是否可读(伪代码)?

1.    
    fd_set tRFds;            //定义fd_set类型结构体的变量tRFds
    FD_ZERO(&tRFds);		//结构体先清0
    int g_iMaxFd = -1;        //定义g_iMaxFd记录 最大句柄+1
2.
    比较要监控的各个文件的句柄,取出最大值再加1赋给g_iMaxFd
    if(Fd1 > Fd2)
    {
        g_iMaxFd = Fd1+1;
    }
    else
    {
        g_iMaxFd = Fd2+1;
    }
3.
    FD_SET(Fd1, &tRFds);	//把Fd1、Fd2加入"读集合"之中
    FD_SET(Fd2, &tRFds);    //Fd1和Fd2为两个不同的文件句柄
    ...
4.
    iRet = select(g_iMaxFd, &tRFds, NULL, NULL, NULL);
	if (iRet > 0)			//返回正数说明有数据可读了
	{
		
		if (FD_ISSET(Fd1, &tRFds))        //是文件1可读
		{
			Fd1_read(...);
		}

        else if(FD_ISSET(Fd2, &tRFds))      //是文件2可读
        {    
            Fd2_read(...);  
        }	

        ...
	}

本文主要参考:https://blog.csdn.net/mayue_web/article/details/89021273

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