IO多路複用之select總結
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阻塞式I/O程式設計有兩個特點：
一、如果一個發現I\O有輸入，讀取的過程中，另外一個也有了輸入，這時候不會產生任何反應，也就是需要你的程式語句去select的時候才知道有資料輸入。
二、程式去select的時候，如果沒有資料輸入，程式會一直等待，直到有資料位置，也就是程式中無需迴圈和sleep。
Select在Socket程式設計中還是比較重要的，可是對於初學Socket的人來說都不太愛用Select寫程式，他們只是習慣寫諸如connect、accept、recv或recvfrom這樣的阻塞程式（所謂阻塞方式block，顧名思義，就是程序或是執行緒執行到這些函式時必須等待某個事件的發生，如果事件沒有發生，程序或執行緒就被阻塞，函式不能立即返回）。可是使用Select就可以完成非阻塞（所謂
Select的函式格式(我所說的是Unix系統下的伯克利socket程式設計，和windows下的有區別，一會兒說明)：
int select(int maxfdp,fd_set *readfds,fd_set *writefds,fd_set *errorfds,struct timeval *timeout);
先說明兩個結構體：
第一，struct fd_set可以理解為一個集合，這個集合中存放的是檔案描述符(file descriptor)，即檔案控制代碼，這可以是我們所說的普通意義的檔案，當然Unix下任何裝置、管道、FIFO等都是檔案形式，全部包括在內，所以毫無疑問一個socket就是一個檔案，socket控制代碼就是一個檔案描述符。fd_set集合可以通過一些巨集由人為來操作，比如清空集合FD_ZERO(fd_set *)，將一個給定的檔案描述符加入集合之中FD_SET(int ,fd_set *)，將一個給定的檔案描述符從集合中刪除FD_CLR(int ,fd_set*)，檢查集合中指定的檔案描述符是否可以讀寫FD_ISSET(int ,fd_set* )。一會兒舉例說明。
第二，struct timeval是一個大家常用的結構，用來代表時間值，有兩個成員，一個是秒數，另一個是毫秒數。
具體解釋select的引數：
int maxfdp是一個整數值，是指集合中所有檔案描述符的範圍，即所有檔案描述符的最大值加1，不能錯！在Windows中這個引數的值無所謂，可以設定不正確。
fd_set *readfds是指向fd_set結構的指標，這個集合中應該包括檔案描述符，我們是要監視這些檔案描述符的讀變化的，即我們關心是否可以從這些檔案中讀取資料了，如果這個集合中有一個檔案可讀，select就會返回一個大於0的值，表示有檔案可讀，如果沒有可讀的檔案，則根據timeout引數再判斷是否超時，若超出timeout的時間，select返回0，若發生錯誤返回負值。可以傳入NULL值，表示不關心任何檔案的讀變化。
fd_set *writefds是指向fd_set結構的指標，這個集合中應該包括檔案描述符，我們是要監視這些檔案描述符的寫變化的，即我們關心是否可以向這些檔案中寫入資料了，如果這個集合中有一個檔案可寫，select就會返回一個大於0的值，表示有檔案可寫，如果沒有可寫的檔案，則根據timeout引數再判斷是否超時，若超出timeout的時間，select返回0，若發生錯誤返回負值。可以傳入NULL值，表示不關心任何檔案的寫變化。
fd_set *errorfds同上面兩個引數的意圖，用來監視檔案錯誤異常。
struct timeval* timeout是select的超時時間，這個引數至關重要，它可以使select處於三種狀態，第一，若將NULL以形參傳入，即不傳入時間結構，就是將select置於阻塞狀態，一定等到監視檔案描述符集合中某個檔案描述符發生變化為止；第二，若將時間值設為0秒0毫秒，就變成一個純粹的非阻塞函式，不管檔案描述符是否有變化，都立刻返回繼續執行，檔案無變化返回0，有變化返回一個正值；第三，timeout的值大於0，這就是等待的超時時間，即select在timeout時間內阻塞，超時時間之內有事件到來就返回了，否則在超時後不管怎樣一定返回，返回值同上述。
返回值：
負值：select錯誤 正值：某些檔案可讀寫或出錯 0：等待超時，沒有可讀寫或錯誤的檔案
在有了select後可以寫出像樣的網路程式來！舉個簡單的例子，就是從網路上接受資料寫入一個檔案中。
例子：
main()
{
int sock;
FILE *fp;
struct fd_set fds;
struct timeval timeout={3,0}; //select等待3秒，3秒輪詢，要非阻塞就置0
char buffer[256]={0}; //256位元組的接收緩衝區
/* 假定已經建立UDP連線，具體過程不寫，簡單，當然TCP也同理，主機ip和port都已經給定，要寫的檔案已經開啟
sock=socket(...);
bind(...);
fp=fopen(...); */
while(1)
{
FD_ZERO(&fds); //每次迴圈都要清空集合，否則不能檢測描述符變化
FD_SET(sock,&fds); //新增描述符
FD_SET(fp,&fds); //同上
maxfdp=sock>fp?sock+1:fp+1; //描述符最大值加1
switch(select(maxfdp,&fds,&fds,NULL,&timeout)) //select使用
{
case -1: exit(-1);break; //select錯誤，退出程式
case 0:break; //再次輪詢
default:
if(FD_ISSET(sock,&fds)) //測試sock是否可讀，即是否網路上有資料
{
recvfrom(sock,buffer,256,.....);//接受網路資料
if(FD_ISSET(fp,&fds)) //測試檔案是否可寫
fwrite(fp,buffer...);//寫入檔案
buffer清空;
}// end if break;
}// end switch
}//end while
}//end main
select()的機制中提供一fd_set的資料結構，實際上是一long型別的陣列，
每一個數組元素都能與一開啟的檔案控制代碼（不管是Socket控制代碼,還是其他
檔案或命名管道或裝置控制代碼）建立聯絡，建立聯絡的工作由程式設計師完成，
當呼叫select()時，由核心根據IO狀態修改fd_set的內容，由此來通知執
行了select()的程序哪一Socket或檔案可讀，下面具體解釋：
#include <sys/types.h>
#include <sys/times.h>
#include <sys/select.h>
int select(nfds, readfds, writefds, exceptfds, timeout)
int nfds;
fd_set *readfds, *writefds, *exceptfds;
struct timeval *timeout;
ndfs：select監視的檔案控制代碼數，視程序中開啟的檔案數而定,一般設為呢要監視各檔案
中的最大檔案號加一。
readfds：select監視的可讀檔案控制代碼集合。
writefds: select監視的可寫檔案控制代碼集合。
exceptfds：select監視的異常檔案控制代碼集合。
timeout：本次select()的超時結束時間。（見/usr/sys/select.h，
可精確至百萬分之一秒！）
當readfds或writefds中映象的檔案可讀或可寫或超時，本次select()
就結束返回。程式設計師利用一組系統提供的巨集在select()結束時便可判
斷哪一檔案可讀或可寫。對Socket程式設計特別有用的就是readfds。
幾隻相關的巨集解釋如下：
FD_ZERO(fd_set *fdset)：清空fdset與所有檔案控制代碼的聯絡。
FD_SET(int fd, fd_set *fdset)：建立檔案控制代碼fd與fdset的聯絡。
FD_CLR(int fd, fd_set *fdset)：清除檔案控制代碼fd與fdset的聯絡。
FD_ISSET(int fd, fdset *fdset)：檢查fdset聯絡的檔案控制代碼fd是否
可讀寫，>0表示可讀寫。
（關於fd_set及相關巨集的定義見/usr/include/sys/types.h）
這樣，你的socket只需在有東東讀的時候才讀入，大致如下：
...
int sockfd;
fd_set fdR;
struct timeval timeout = ..;
...
for(;;) {
FD_ZERO(&fdR);
FD_SET(sockfd, &fdR);
switch (select(sockfd + 1, &fdR, NULL, &timeout)) {
case -1:
error handled by u;
case 0:
timeout hanled by u;
default:
if (FD_ISSET(sockfd)) {
now u read or recv something;
/* if sockfd is father and
server socket, u can now
accept() */
}
}
}
所以一個FD_ISSET(sockfd)就相當通知了sockfd可讀。
至於struct timeval在此的功能，請man select。不同的timeval設定
使使select()表現出超時結束、無超時阻塞和輪詢三種特性。由於
timeval可精確至百萬分之一秒，所以Windows的SetTimer()根本不算
什麼。你可以用select()做一個超級時鐘。
FD_ACCEPT的實現？依然如上，因為客戶方socket請求連線時，會發送
連線請求報文，此時select()當然會結束，FD_ISSET(sockfd)當然大
於零，因為有報文可讀嘛！至於這方面的應用，主要在於服務方的父
Socket，你若不喜歡主動accept()，可改為如上機制來accept()。
至於FD_CLOSE的實現及處理，頗費了一堆cpu處理時間，未完待續。
--
討論關於利用select()檢測對方Socket關閉的問題：
仍然是本地Socket有東東可讀，因為對方Socket關閉時，會發一個關閉連線
通知報文，會馬上被select()檢測到的。關於TCP的連線（三次握手）和關
閉（二次握手）機制，敬請參考有關TCP/IP的書籍。
不知是什麼原因，UNIX好象沒有提供通知程序關於Socket或Pipe對方關閉的
訊號，也可能是cpu所知有限。總之，當對方關閉，一執行recv()或read()，
馬上回返回-1，此時全域性變數errno的值是115，相應的sys_errlist[errno]
為"Connect refused"（請參考/usr/include/sys/errno.h）。所以，在上
篇的for(;;)...select()程式塊中，當有東西可讀時，一定要檢查recv()或
read()的返回值，返回-1時要作出關斷本地Socket的處理，否則select()會
一直認為有東西讀，其結果曾幾令cpu傷心欲斷針腳。不信你可以試試：不檢
查recv()返回結果，且將收到的東東（實際沒收到）寫至標準輸出...
在有名管道的程式設計中也有類似問題出現。具體處理詳見拙作：釋出一個有用
的Socket客戶方原碼。
至於主動寫Socket時對方突然關閉的處理則可以簡單地捕捉訊號SIGPIPE並作
出相應關斷本地Socket等等的處理。SIGPIPE的解釋是：寫入無讀者方的管道。
在此不作贅述，請詳man signal。
以上是cpu在作tcp/ip資料傳輸實驗積累的經驗，若有錯漏，請狂炮擊之。
唉，昨天在hacker區被一幫孫子轟得差點兒沒短路。ren cpu(奔騰的心) z80
補充關於select在非同步(非阻塞)connect中的應用,剛開始搞socket程式設計的時候
我一直都用阻塞式的connect,非阻塞connect的問題是由於當時搞proxy scan
而提出的呵呵
通過在網上與網友們的交流及查詢相關FAQ,總算知道了怎麼解決這一問題.同樣
用select可以很好地解決這一問題.大致過程是這樣的:
1.將開啟的socket設為非阻塞的,可以用fcntl(socket, F_SETFL, O_NDELAY)完
成(有的系統用FNEDLAY也可).
2.發connect呼叫,這時返回-1,但是errno被設為EINPROGRESS,意即connect仍舊
在進行還沒有完成.
3.將開啟的socket設進被監視的可寫(注意不是可讀)檔案集合用select進行監視,
如果可寫,用
getsockopt(socket, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &error, sizeof(int));
來得到error的值,如果為零,則connect成功.
在許多unix版本的proxyscan程式你都可以看到類似的過程,另外在solaris精華
區->程式設計技巧中有一個通用的帶超時引數的connect模組. http://www.cnblogs.com/Anker/p/3258674.html
1、基本概念
IO多路複用是指核心一旦發現程序指定的一個或者多個IO條件準備讀取，它就通知該程序。IO多路複用適用如下場合：
（1）當客戶處理多個描述字時（一般是互動式輸入和網路套介面），必須使用I/O複用。
（2）當一個客戶同時處理多個套介面時，而這種情況是可能的，但很少出現。
（3）如果一個TCP伺服器既要處理監聽套介面，又要處理已連線套介面，一般也要用到I/O複用。
（4）如果一個伺服器即要處理TCP，又要處理UDP，一般要使用I/O複用。
（5）如果一個伺服器要處理多個服務或多個協議，一般要使用I/O複用。
與多程序和多執行緒技術相比，I/O多路複用技術的最大優勢是系統開銷小，系統不必建立程序/執行緒，也不必維護這些程序/執行緒，從而大大減小了系統的開銷。
2、select函式
該函式准許程序指示核心等待多個事件中的任何一個傳送，並只在有一個或多個事件發生或經歷一段指定的時間後才喚醒。函式原型如下：
#include <sys/select.h> #include <sys/time.h> int select(int maxfdp1,fd_set *readset,fd_set *writeset,fd_set *exceptset,const struct timeval *timeout)
返回值：就緒描述符的數目，超時返回0，出錯返回-1
函式引數介紹如下：
（1）第一個引數maxfdp1指定待測試的描述字個數，它的值是待測試的最大描述字加1（因此把該引數命名為maxfdp1），描述字0、1、2...maxfdp1-1均將被測試。
（2）中間的三個引數readset、writeset和exceptset指定我們要讓核心測試讀、寫和異常條件的描述字。如果對某一個的條件不感興趣，就可以把它設為空指標。struct fd_set可以理解為一個集合，這個集合中存放的是檔案描述符，可通過以下四個巨集進行設定：
void FD_ZERO(fd_set *fdset); //清空集合
void FD_SET(int fd, fd_set *fdset); //將一個給定的檔案描述符加入集合之中
void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset); //將一個給定的檔案描述符從集合中刪除
int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset); // 檢查集合中指定的檔案描述符是否可以讀寫
（3）timeout告知核心等待所指定描述字中的任何一個就緒可花多少時間。其timeval結構用於指定這段時間的秒數和微秒數。
struct timeval{
long tv_sec; //seconds
long tv_usec; //microseconds
};
這個引數有三種可能：
（1）永遠等待下去：僅在有一個描述字準備好I/O時才返回。為此，把該引數設定為空指標NULL。
（2）等待一段固定時間：在有一個描述字準備好I/O時返回，但是不超過由該引數所指向的timeval結構中指定的秒數和微秒數。
（3）根本不等待：檢查描述字後立即返回，這稱為輪詢。為此，該引數必須指向一個timeval結構，而且其中的定時器值必須為0。
3、測試程式
寫一個TCP回射程式，程式的功能是：客戶端向伺服器傳送資訊，伺服器接收並原樣傳送給客戶端，客戶端顯示出接收到的資訊。
服務端程式如下所示：
1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3 #include <string.h> 4 #include <errno.h> 5 6 #include <netinet/in.h> 7 #include <sys/socket.h> 8 #include <sys/select.h> 9 #include <unistd.h> 10 #include <sys/types.h> 11 12 #define IPADDRESS "127.0.0.1" 13 #define PORT 8787 14 #define MAXLINE 1024 15 #define LISTENQ 5 16 17 //函式宣告 18 //建立套接字並進行繫結 19 static int socket_bind(const char* ip,int port); 20 //IO多路複用select 21 static void do_select(int listenfd); 22 //處理多個連線 23 static void handle_connection(int *connfds,int num,fd_set *prset,fd_set *pallset); 24 25 int main(int argc,char *argv[]) 26 { 27 int listenfd,connfd,sockfd; 28 struct sockaddr_in cliaddr; 29 socklen_t cliaddrlen; 30 listenfd = socket_bind(IPADDRESS,PORT); 31 listen(listenfd,LISTENQ); 32 do_select(listenfd); 33 return 0; 34 } 35 36 static int socket_bind(const char* ip,int port) 37 { 38 int listenfd; 39 struct sockaddr_in servaddr; 40 listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); 41 if (listenfd == -1) 42 { 43 perror("socket error:"); 44 exit(1); 45 } 46 bzero(&servaddr,sizeof(servaddr)); 47 servaddr.sin_family = AF_INET; 48 inet_pton(AF_INET,ip,&servaddr.sin_addr); 49 servaddr.sin_port = htons(port); 50 if (bind(listenfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) == -1) 51 { 52 perror("bind error: "); 53 exit(1); 54 } 55 return listenfd; 56 } 57 58 static void do_select(int listenfd) 59 { 60 int connfd,sockfd; 61 struct sockaddr_in cliaddr; 62 socklen_t cliaddrlen; 63 fd_set rset,allset; 64 int maxfd,maxi; 65 int i; 66 int clientfds[FD_SETSIZE]; //儲存客戶連線描述符 67 int nready; 68 //初始化客戶連線描述符 69 for (i = 0;i < FD_SETSIZE;i++) 70 clientfds[i] = -1; 71 maxi = -1; 72 FD_ZERO(&allset); 73 //新增監聽描述符 74 FD_SET(listenfd,&allset); 75 maxfd = listenfd; 76 //迴圈處理 77 for ( ; ; ) 78 { 79 rset = allset; 80 //獲取可用描述符的個數 81 nready = select(maxfd+1,&rset,NULL,NULL,NULL); 82 if (nready == -1) 83 { 84 perror("select error:"); 85 exit(1); 86 } 87 //測試監聽描述符是否準備好 88 if (FD_ISSET(listenfd,&rset)) 89 { 90 cliaddrlen = sizeof(cliaddr); 91 //接受新的連線 92 if ((connfd = accept(listenfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&cliaddrlen)) == -1) 93 { 94 if (errno == EINTR) 95 continue; 96 else 97 { 98 perror("accept error:"); 99 exit(1); 100 } 101 } 102 fprintf(stdout,"accept a new client: %s:%d\n", inet_ntoa(cliaddr.sin_addr),cliaddr.sin_port); 103 //將新的連線描述符新增到陣列中 104 for (i = 0;i <FD_SETSIZE;i++) 105 { 106 if (clientfds[i] < 0) 107 { 108 clientfds[i] = connfd; 109 break; 110 } 111 } 112 if (i == FD_SETSIZE) 113 { 114 fprintf(stderr,"too many clients.\n"); 115 exit(1); 116 } 117 //將新的描述符新增到讀描述符集合中 118 FD_SET(connfd,&allset); 119 //描述符個數 120 maxfd = (connfd > maxfd ? connfd : maxfd); 121 //記錄客戶連線套接字的個數 122 maxi = (i > maxi ? i : maxi); 123 if (--nready <= 0) 124 continue; 125 } 126 //處理客戶連線 127 handle_connection(clientfds,maxi,&rset,&allset); 128 } 129 } 130 131 static void handle_connection(int *connfds,int num,fd_set *prset,fd_set *pallset) 132 { 133 int i,n; 134 char buf[MAXLINE]; 135 memset(buf,0,MAXLINE); 136 for (i = 0;i <= num;i++) 137 { 138 if (connfds[i] < 0) 139 continue; 140 //測試客戶描述符是否準備好 141 if (FD_ISSET(connfds[i],prset)) 142 { 143 //接收客戶端傳送的資訊 144 n = read(connfds[i],buf,MAXLINE); 145 if (n == 0) 146 { 147 close(connfds[i]); 148 FD_CLR(connfds[i],pallset); 149 connfds[i] = -1; 150 continue; 151 } 152 printf("read msg is: "); 153 write(STDOUT_FILENO,buf,n); 154 //向客戶端傳送buf 155 write(connfds[i],buf,n); 156 } 157 } 158 }
客戶端程式如下：
1 #include <netinet/in.h> 2 #include <sys/socket.h> 3 #include <stdio.h> 4 #include <string.h> 5 #include <stdlib.h> 6 #include <sys/select.h> 7 #include <time.h> 8 #include <unistd.h> 9 #include <sys/types.h> 10 11 #define MAXLINE 1024 12 #define IPADDRESS "127.0.0.1" 13 #define SERV_PORT 8787 14 15 #define max(a,b) (a > b) ? a : b 16 17 static void handle_connection(int sockfd); 18 19 int main(int argc,char *argv[]) 20 { 21 int sockfd; 22 struct sockaddr_in servaddr; 23 sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); 24 bzero(&servaddr,sizeof(servaddr)); 25 servaddr.sin_family = AF_INET; 26 servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT); 27 inet_pton(AF_INET,IPADDRESS,&servaddr.sin_addr); 28 connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)); 29 //處理連線描述符 30 handle_connection(sockfd); 31 return 0;相關推薦
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IO模型、IO多路複用、select poll epoll
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程序，執行緒，協程，io多路複用 總結
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IO多路複用（一）-- Select、Poll、Epoll
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