select 函式原始碼簡析

阻塞式I/O: “有美人兮，見之不忘，一日不見兮，思之如狂。”

select: “所用皆鷹騰，破敵過箭疾”

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select() 允許一個程式監聽多個檔案描述符，等待一個或者多個檔案描述符的I/O操作變成“就緒”狀態（比如：可讀）。

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核心實現

閱讀的Linux核心版本： linux-2.6.32.68

select原始碼位於fs/select.c檔案

select函式執行從此開始，關鍵呼叫流程如下： select -> core_sys_select() -> do_select() 。

core_sys_select() 函式主要為真正的select操作分配儲存空間。這裡分配了一個名為 stack_fds 的 long 長整型集合。首先預分配了 long stack_fds[SELECT_STACK_ALLOC/sizeof(long)]; ，根據

可以看到 stack_fds 的大小為 256bit 。

之前存放檔案描述符集合的型別是 fd_set ,根據

可以看到 fd_set 型別在核心裡是實際上 __kernel_fd_set 結構體，裡面只包含了一個 unsigned long 型別的陣列 fds_bits 。這個陣列的大小是 1024/(8 * sizeof(unsigned long)) ，也就是這個陣列佔用空間為 1024bit 。在select中檔案描述符在集合裡是以點陣圖的形式存在的，把檔案描述符存放在三個集合中，最大直到 1023 ，也就是隻能監聽最多 1024 個檔案描述符，並且只能是0 ~ 1023。

所以，存放檔案描述符的資料結構限制了 select() 最多隻能監聽 1024 個檔案描述符。

回到剛剛 core_sys_select() 裡的 stack_fds 陣列，這個變數的佔用空間大小是 256*sizeof(long) bit 。 

根據 We need 6 bitmaps (in/out/ex for both incoming and outgoing) 以及程式碼可以看到， stack_fds 要存放的是6個位圖，分別對應使用者態傳入的存放監聽讀、寫、異常三個操作的檔案描述符集合，以及這三個操作在select執行過後需要返回的三個集合。

這是 select 的機制，每次執行 select() 之後，函式把“就緒”的檔案描述符留下，返回。下一次，再次執行 select() 時，需要重新把需要監聽的檔案描述符傳入。

我認為，如果要節約空間，完全可以在傳入的三個集合中進行刪減，不必浪費三個集合的空間。（我的想法，可能有其他問題。）

如果剛從棧中分配的 stack_fds 不夠存放6個集合的資料，那麼再從 kmalloc 分配（用於分配大空間）。

6個集合分別用指標指向 stack_fds 中的不同部分空間，依次利用。 size 為間隔大小。

根據

size=FDS_BYTES(n); 它的大小是 ((((n)+(8*sizeof(long))-1)/(8*sizeof(long)))*sizeof(long)) ，以32位系統為例， long 為8位元組，則大小為 ((((n)+8*8-1)/(8*8))*8) 化簡為 (n-1)/8 + 8 。 n 是使用者態程式指定的最大描述符+1，如果我要監聽的最大檔案描述符為7， n 為8，由於這是整型運算，則結果為 8 。也就是確保能存下所有描述符，而且大小為 8 的倍數 。所以 kmalloc 分配的空間6個集合是可以存放下去的。

之後從使用者態空間把集合資料拷貝過來，並且初始化用於輸出的3個位圖空間為0。

進入 do_select() 函式。

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do_select()

在 do_select() 裡面，主要是一遍一遍迴圈遍歷每一個檔案描述符，查詢哪一個為就緒狀態。

在外層的迴圈 for (;;) ，每一次是整個集合遍歷一遍。這是死迴圈，直到達到觸發條件 1.有就緒的檔案描述符 2.超時 3.中斷。第一遍之後，當前程序會進入睡眠狀態，以節約資源，直到下一次被喚醒（由檔案描述符變為就緒狀態觸發喚醒）。

第二層的 for (i = 0; i < n; ++rinp, ++routp, ++rexp) { 迴圈，每一次是遍歷 __NFDBITS 個描述符，這是由第三層迴圈決定的。 從 i < n 可知，因為函式只會迴圈到 n-1 ，所以才需要輸入的最大檔案描述符值 nfds  + 1 。

第三層 for (j = 0; j < __NFDBITS; ++j, ++i, bit <<= 1) { 迴圈每次遍歷一個 bit 即一個檔案描述符，遍歷 __NFDBITS 次。

根據：

可以看到，遍歷的數量就是8個unsigned long長度。因為對於點陣圖，可以一次比較多位，都沒有需要監聽的檔案描述符就跳過，以加快速度。

迴圈裡先根據檔案描述符獲得檔案結構體，然後呼叫結構體裡 f_op 中掛載的 poll 函式，以獲取就緒資訊。可以看到select的功能依賴檔案的驅動實現。 mask = (*f_op->poll)(file, wait); 是 select 的關鍵，這裡不僅檢測了檔案是否就緒，而且還把當前程序加入等待佇列，如果該檔案描述符就緒，則會觸發回撥，以及喚醒該程序。這需要該檔案掛載的驅動配合的。

retval 變數用於累計“就緒”的檔案描述符數量，包括3個集合所有的。

一整次掃描完成的最後，呼叫 poll_schedule_timeout 函式，如果還未超時，則進入睡眠，等待就緒的檔案描述符喚醒。超時則， timed_out = 1; 。所以可以看到

此處為跳出迴圈的程式碼，也就是在超時之後，還要再迴圈一次才能跳出。
可以看出來，select 的開銷大在於每次都要遍歷掃描每一個檔案描述符就緒狀態，並且是從最小的描述符 0 開始比較，做了很多無用功，所以效率很低。隨著檔案描述符的增加，效率會越來越低。