linux select I/O复用实现服务器端编程

在Linux中，我们可以使用select函数实现I/O端口的复用，传递给 select函数的参数会告诉内核：
我们所关心的文件描述符
对每个描述符，我们所关心的状态。(我们是要想从一个文件描述符中读或者写，还是关注一个描述符中是否出现异常)
我们要等待多长时间。(我们可以等待无限长的时间，等待固定的一段时间，或者根本就不等待)

从 select函数返回后，内核告诉我们一下信息：
对我们的要求已经做好准备的描述符的个数
对于三种条件哪些描述符已经做好准备.(读，写，异常)

有了这些返回信息，我们可以调用合适的I/O函数(通常是 read 或 write)，并且这些函数不会再阻塞.

#include <sys/select.h>

int select(int maxfdp1, fd_set *readset, fd_set *writeset, fd_set *exceptset,struct timeval *timeout);

返回：做好准备的文件描述符的个数，超时为0，错误为 -1.

首先我们先看一下最后一个参数。它指明我们要等待的时间：

struct timeval{

    long tv_sec;   /*秒 */

    long tv_usec;  /*微秒 */   

}

有三种情况：

timeout == NULL  等待无限长的时间。等待可以被一个信号中断。当有一个描述符做好准备或者是捕获到一个信号时函数会返回。如果捕获到一个信号， select函数将返回 -1,并将变量 erro设为 EINTR。

timeout->tv_sec == 0 &&timeout->tv_usec == 0不等待，直接返回。加入描述符集的描述符都会被测试，并且返回满足要求的描述符的个数。这种方法通过轮询，无阻塞地获得了多个文件描述符状态。

timeout->tv_sec !=0 ||timeout->tv_usec!= 0 等待指定的时间。当有描述符符合条件或者超过超时时间的话，函数返回。在超时时间即将用完但又没有描述符合条件的话，返回 0。对于第一种情况，等待也会被信号所中断。

中间的三个参数 readset, writset, exceptset,指向描述符集。这些参数指明了我们关心哪些描述符，和需要满足什么条件(可写，可读，异常)。一个文件描述集保存在 fd_set 类型中。fd_set类型变量每一位代表了一个描述符。我们也可以认为它只是一个由很多二进制位构成的数组。如下图所示：

理解select模型：

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8个fd。

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

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

（3）若再加入fd＝2，fd=1,则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。

（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array（FD_ISSET判断是否有时间发生）。

我们最熟悉的句柄是0、1、2三个，0是标准输入，1是标准输出，2是标准错误输出。0、1、2是整数表示的，对应的FILE *结构的表示就是stdin、stdout、stderr。

代码服务器端实现：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netdb.h>
#include <fcntl.h>


#define PORT 8888
#define MAX_LINE 2048
#define LISTENQ 20


int main(int argc , char **argv)
{
	int i, maxi, maxfd, listenfd, connfd, sockfd;

	int nready , client[FD_SETSIZE];
	
	ssize_t n, ret;
		
	fd_set rset , allset;

	char buf[MAX_LINE];

	socklen_t clilen;

	struct sockaddr_in servaddr , cliaddr;

	/*(1) 得到监听描述符*/
	listenfd = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0);

	/*(2) 绑定套接字*/
	bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
	servaddr.sin_family = AF_INET;
	servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
	servaddr.sin_port = htons(PORT);

	bind(listenfd , (struct sockaddr *)&servaddr , sizeof(servaddr));

	/*(3) 监听*/
	listen(listenfd , LISTENQ);

	/*(4) 设置select*/
	maxfd = listenfd;
	maxi = -1;
	for(i=0 ; i<FD_SETSIZE ; ++i)
	{
		client[i] = -1;
	}//for
	FD_ZERO(&allset);
	FD_SET(listenfd , &allset);

	/*(5) 进入服务器接收请求死循环*/
	while(1)
	{
		rset = allset;
		nready = select(maxfd+1 , &rset , NULL , NULL , NULL);
		
		if(FD_ISSET(listenfd , &rset))
		{
			/*接收客户端的请求*/
			clilen = sizeof(cliaddr);

			printf("\naccpet connection~\n");

			if((connfd = accept(listenfd , (struct sockaddr *)&cliaddr , &clilen)) < 0)
			{
				perror("accept error.\n");
				exit(1);
			}//if		

			printf("accpet a new client: %s:%d\n", inet_ntoa(cliaddr.sin_addr) , cliaddr.sin_port);

			/*将客户链接套接字描述符添加到数组*/
			for(i=0 ; i<FD_SETSIZE ; ++i)
			{
				if(client[i] < 0)
				{
					client[i] = connfd;
					break;
				}//if
			}//for

			if(FD_SETSIZE == i)
			{
				perror("too many connection.\n");
				exit(1);
			}//if

			FD_SET(connfd , &allset);
			if(connfd > maxfd)
				maxfd = connfd;
			if(i > maxi)
				maxi = i;

			if(--nready < 0)
				continue;
		}//if

		for(i=0; i<=maxi ; ++i)
		{
			if((sockfd = client[i]) < 0)
				continue;
			if(FD_ISSET(sockfd , &rset))
			{
				/*处理客户请求*/
				printf("\nreading the socket~~~ \n");
				
				bzero(buf , MAX_LINE);
				if((n = read(sockfd , buf , MAX_LINE)) <= 0)
				{
					close(sockfd);
					FD_CLR(sockfd , &allset);
					client[i] = -1;
				}//if
				else{
					printf("clint[%d] send message: %s\n", i , buf);
					if((ret = write(sockfd , buf , n)) != n)	
					{
						printf("error writing to the sockfd!\n");
						break;
					}//if
				}//else
				if(--nready <= 0)
					break;
			}//if
		}//for
	}//while
}