I/O复用----select

2018-07-31 (星期二)
I/O复用:
   一个应用程序通常需要服务一个以上的文件描述符.
   例如stdin,stdout,进程间通信以及若干文件进行I/O,如果不借助线程的话,(线程通常在同一时间无法服务一个以上文件描述符),就是分开每个所要服务的文件描述符,这样做有个问题,就是一旦遇到一个没有准备好的文件描述符,进程就会受阻,可能只受阻几秒,但是用户体验就会大大下降.借助线程,那么进程要维护额外的线程,线程的创建,销毁会增加很多资源.
   因此就出现了I/O复用这个问题.
运作方式:
   1.I/O复用:当这些文件描述符中有任何一个就绪可进行I/O,请通知我.
   2.休眠:直到有一个或多个文件描述符准备妥当.
   3.唤醒:什么准备就绪了?
   4.处理所有就绪可进行I/O的文件描述符而不收到阻挡.
   5.回到步骤1,从头开始.
linux提供了三种方案:select,poll,epoll(高级)
select模型:

#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

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

FD_CLR(int fd, fd_set *set);    将某个文件描述符移除

FD_ISSET(int fd, fd_set *set);    判断fd是否属于分组(可在调用后判断某个文件描述符是否就绪:
        if (FD_ISSET(fd, &readfds))
            /* fd 可供读取不会受到阻挡 */

FD_SET(int fd, fd_set *set);    将fd加入分组中

FD_ZERO(fd_set *set);    讲分组中所有文件描述符移除

select()系统调用监视的文件描述符分成三个部分,每个部分等待不同的事件:
   readfds分组中的文件描述符用于查看是否读取受阻.
   writefds分组中的文件描述符用于查看是否写入受阻.
   exceptfds分组中的文件描述符用于查看是否有异常或者是否有紧急数据.

调用返回所有可用文件描述符.
参数n等于任何分组中最高编号的文件描述符值+1.
timeout参数是一个指向timeval结构的指针,该结构的定义如下:

#include <sys/time.h>

strcut timeval {
    long tv_sec;    /* seconds */
    long tv_usec;    /* microseconds */
};

如果此参数不是NULL,那么select() 调用将在tv_sec秒和tv_usec微秒之后返回.(有点强制的意思,就算没有就绪的,也得返回)

select 成功调用返回0,发生错误返回-1,并且将errno指定为下面的其中一个值:
   EBADF   分组中提供了一个无效的文件描述符.
   EINTR   等待时捕捉到一个信号,你可以再次调用select().
   EINVAL   参数n是负值或者给定timeout是无效值.
   ENOMEM   内存不足以完成这项要求.

使用select()去油可以执行的休眠机制
需要可移植性的休眠机制时,往往采用select(), 方法是提供非NULL值的timeout参数,但是三个分组参数全部为NULL:

struct timeval tv;
tv.tv_sec = 0;
tv.tv_usec = 500;
/* 休眠500毫秒 */
select (0, NULL, NULL, NULL, &tv);

当然,Linux也会为高分辨率休眠机制提供接口.

小例子:

#include <stdio.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

#define TIMEOUT 5    /*select的等待时间,以秒为单位 */
#define BUF_LEN 1024     /* 读取缓冲区,以字节为单位 */

int main(void) {
    struct timeval tv;
    fd_set readfds;
    int ret;
    
    /* 等候stdin的输入数据 */
    FD_ZERO(&readfds);
    FD_SET(STDIN_FILENO, &readfds);

    /* 等候5秒的时间 */
    tv.tv_sec = TIMEOUT;
    tv.tv_usec = 0;

    /* 好了,开始提供服务! */
    ret = select (STDIN_FILENO + 1,
            &readfds,
            NULL,
            NULL,
            &tv);
    if (ret == -1) {
        perror ("select");
        return 1;
    } else if (!ret) {
        printf("%d seconds elapsed.\n", TIMEOUT);
        return 0;
    }

    /*
     * 我们的文件描述符可供读取了吗?
     * (肯定可以,因此他是我们所提供的唯一fd,
     * 而且次调用会返回非零值,但是我们还想有自己一默)
     */
    if (FD_ISSET(STDIN_FILENO, &readfds)) {
        char buf[BUF_LEN+1];
        int len;
        /* 保证不会遭到阻挡 */
        len = read (STDIN_FILENO, buf, BUF_LEN);
        if (len == -1) {
            perror ("read");
            return -1;
        } 
        if (len) {
            buf[len] = '\0';
            printf ("read: %s\n", buf);
            return 0;
        }
    }
    fprintf (stderr, "This should not happen!\n");
    return 1;
}

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