IO多路复用—select服务器

1、基本概念

　　IO多路复用是指内核一旦发现进程指定的一个或者多个IO条件准备读取，它就通知该进程。IO多路复用适用如下场合：

　　（1）当客户处理多个描述字时（一般是交互式输入和网络套接口），必须使用I/O复用。

　　（2）当一个客户同时处理多个套接口时，而这种情况是可能的，但很少出现。

　　（3）如果一个TCP服务器既要处理监听套接口，又要处理已连接套接口，一般也要用到I/O复用。

　　（4）如果一个服务器即要处理TCP，又要处理UDP，一般要使用I/O复用。

　　（5）如果一个服务器要处理多个服务或多个协议，一般要使用I/O复用。

　　与多进程和多线程技术相比，I/O多路复用技术的最大优势是系统开销小，系统不必创建进程/线程，也不必维护这些进程/线程，从而大大减小了系统的开销。

2、select函数

　　该函数准许进程指示内核等待多个事件中的任何一个发送，并只在有一个或多个事件发生或经历一段指定的时间后才唤醒。函数原型如下：

函数原型：

int select(int nfds, fd_set* readfds, fd_set* writefds, fd_set* xceptfds, struct timeval* timeout); 123 123

参数解释：  struct fd_set结构体：  可以理解为一个集合，并且以位图形式表示，这个集合中存放的是文件描述符（文件句柄），这可以是我们所说的普通意义的文件。UNIX下一切皆文件，所以socket就是一个文件，socket句柄就是一个文件描述符。与fd_set相关的宏：

void FD_CLR(int fd, fd_set* set);//清除描述次组set中关于fd的位（从集 //合中删除一个给定的文件描述符） int FD_ISSET(int fd, fd_set* set);//测试描述次组set中相关fd的位是否 //为真（检查集合中指定的文件描述符是否可以读写） void FD_SET(int fd, fd_set* set);//设置描述次组set中相关fd的位，即将 //一个给定的文件描述符假如集合中 void FD_ZERO(int fd, fd_set* set);//清除集合 12345678910 12345678910

timeval结构体：

struct timeval: { long tv_sec;/*second*/ long tv_usec;/*microsecond*/ } 12345 12345

timeval结构体用来设置select()的等待时间，如果在这段时间内监听的文件描述符没有事件发生则返回0。该结构体有以下三种可能：  （1）永远等待下去：仅在有一个文件描述符准备好I/O后才返回，因此可以将timeout设置为空指针  （2）等待一段固定时间：在有一个文件描述符准备好I/O时返回，但是不超过由该参数所指向的timeval结构体中指定的秒数和毫秒数  （3）不等待：检查文件描述符后立即返回，称为轮询（polling）。因此，该参数指向的timeval结构体中的定时器的值必为0。  在前两种情况下，如果进程捕获了一个信号并从信号处理程序返回，那么等待一般会被中断。

timeout 的设置：

NULL：表示select()没有timeout，select将一直被阻塞，直到某个文件描述符上发生了时间；  0：仅检测文件描述符集的状态，然后立即返回，并不等待外部事件的发生；  特定的时间值：如果在指定时间内没有事件发生，则select超时返回。

nfds：

需要监视的最大文件描述符值+1，上边说过fd_set中存放的是文件描述符，它其实是告诉操作系统去监控的文件描述符的集合大小，但它是从0开始表示的，因此这里的文件描述符的个数就为最大值+1。

三个流集合：

fd_set* readfds：读流集合，希望从这些描述符中读内容  fd_set* writefds：写流集合，希望向这些描述符中写内容  fd_set* exceptfds：异常流集合，中间过程发送了异常。  这三个参数指定我们要让内核测试读、写、异常条件的文件描述符。如果对某一个的条件不感兴趣，就把它设置为空指针。

函数的返回值：  执行成功：返回文件描述符状态已经改变的个数；  返回0表示：在描述词状态改变之前timeout已经超时，没有返回；  返回-1：发生错误，错误原因存于errno，此时参数rdset，wrset，exset变成不可预测的值。  错误值可能为：  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

基本原理：

测试代码：

客户端代码：

#include<stdio.h> #include<unistd.h> #include<fcntl.h> #include<string.h> int main() { int fd=open("./file",O_CREAT | O_RDWR,0666); if(fd<0){ perror("open"); return 0; } close(1); int new_fd=dup2(fd,1); char buf[1024]; while(1){ memset(buf,'\0',sizeof(buf)); fgets(buf,sizeof(buf),stdin); if(strncmp("quit",buf,4)==0) break; printf("%s",buf); fflush(stdout); } close(new_fd); } 服务器端代码：

#include<stdio.h> #include<sys/types.h> #include<sys/socket.h> #include<netinet/in.h> #include<arpa/inet.h> #include<stdlib.h> #include<string.h> int array_fds[1024]; static void Usage(const char *proc) { printf("Usage: %s [local_ip] [local_port]\n",proc); } int startup(char *_ip,short _port) { int sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); if(sock<0){ perror("socket"); exit(2); } int flag=1; setsockopt(sock,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&flag,sizeof(flag)); struct sockaddr_in local; local.sin_family=AF_INET; local.sin_port=htons(_port); local.sin_addr.s_addr=inet_addr(_ip); if(bind(sock,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local))<0){ perror("bind"); exit(3); } if(listen(sock,10)<0){ perror("listen"); exit(4); } return sock; } int main(int argc,char *argv[]) { if(argc!=3){ Usage(argv[0]); return 0; } int listenSock=startup(argv[1],atoi(argv[2])); int maxfd=0; fd_set rfds; int array_size=sizeof(array_fds)/sizeof(array_fds[0]); array_fds[0]=listenSock; int i=1; for(;i<array_size;i++){ array_fds[i]=-1; } while(1){ struct timeval _timeout={0,0}; FD_ZERO(&rfds); maxfd=-1; for(i=0;i<array_size;++i){ if(array_fds[i]>0){ FD_SET(array_fds[i],&rfds); if(array_fds[i]>maxfd) maxfd=array_fds[i]; } } switch(select(maxfd+1,&rfds,NULL,NULL,NULL)){ case 0: printf("timeout...\n"); break; case -1: perror("select"); break; default: { int j=0; for(;j<array_size;j++){ if(array_fds[j]<0) continue; if(j==0&&FD_ISSET(array_fds[j],&rfds)){ struct sockaddr_in client; socklen_t len=sizeof(client); int new_fd=accept(array_fds[j],\ (struct sockaddr*)&client,&len); if(new_fd<0){ perror("accept"); continue; }else{ printf("get a new client:(%s:%d)\n",\ inet_ntoa(client.sin_addr),\ ntohs(client.sin_port)); int k=1; for(;k<array_size;++k){ if(array_fds[k] < 0 ) { array_fds[k] = new_fd; break; } } if(k==array_size){ close(new_fd); } } }//fi else if(j!=0&&FD_ISSET(array_fds[j],&rfds)){ char buf[10240]; size_t s=read(array_fds[j],buf,sizeof(buf)-1); if(s>0){ buf[s]=0; printf("client say :%s\n",buf); }else if(s==0){ printf("client quit!\n"); close(array_fds[j]); array_fds[j]=-1; }else{ perror("read"); close(array_fds[j]); array_fds[j]=-1; } } else{} } } break; } } return 0; } 测试结果：

客户端

服务端