《UNIX網絡編程》筆記 - select和poll

簡介

IO複用：讓進程等待一系列IO條件而不是一個IO條件

經過select和poll函數咱們能夠同時監聽多個描述符，在描述符就緒時進行對應的操做。

select

定義：

//maxfdpl: 待測試的描述符個數
//返回就緒描述符的個數，若超時則爲0， 若出錯則爲-1
int select(int maxfdpl, fd_set *readset, fd_set *writeset, fd_set *exceptset, struct timeval *timeout);
 
//超時選項 
//NULL:wait forever;0:don't wait
struct timeval {
	long    tv_sec;         /* seconds */
	long    tv_usec;        /* and microseconds */
};

//每一個fds_bit的每一位對應一個描述符
typedef struct fd_set {
	int     fds_bits[FD_SETSIZE/sizeof(int)/NBBY]; /* NBBY=bits in a byte ; usually 8*/
} fd_set;

#define FD_SETSIZE 1024 /* fd_set中描述符的總數 */
void FD_ZERO(fd_set *fdset);            /* clear all bits in fdset */
void FD_SET(int fd, fd_set *fdset);     /* turn on the bit for fd in fdset */
void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);     /* turn off the bit for fd in fdset */
void FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);   /* is the bit for fd on in fdset ? */
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select的使用方法：

int fds[FD_SETSIZE]; 保存當前全部描述符
    fd_set rset, wset, eset; //定義讀、寫、異常對應的fd_set
    //初始化fd_set，很是重要且不能省略，由於若是不初始化可能會影響FD_ISSET的調用結果
    FD_ZERO(&rset); 
    FD_ZERO(&wset);
    FD_ZERO(&eset);
    for (;;) {
        //在循環中調用select
        select(FD_SETSIZE, &rset, &wset, &eset, NULL);
        //遍歷當前全部的fd，處理就緒的fd
        for (int i = 0; i < FD_SETSIZE; i++)
        {
            if (FD_ISSET(fds[i], &rset))
            {
                //handle read
            }
            if (FD_ISSET(fds[i], &wset))
            {
                //handle write
            }
            if (FD_ISSET(fds[i], &eset))
            {
                //handle exception
            }
        }
    }
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fd_set的限制

在很早以前就看到網上的介紹說select在描述符個數上是有限制的，如今終於知道這個限制是從哪來的了，這實際上跟fd_set的實現機制有關。

fd_set中使用int數組中的各個位來保存多個描述符的狀態，這個數組稱爲描述符集，好比數組的第一個數有32位，那麼第一個數的每一位就表示第0~31個描述符的狀態，這樣一來當咱們調用FD_ISSET來判斷某一個描述符狀態時，咱們只須要找到其對應的位判斷其是0或者1就好了；同理當咱們須要設置某個描述符狀態時，只須要設置對應的位的狀態便可。而fd_set中數組的大小是經過FD_SETSIZE這個值算出來的，FD_SETSIZE是一個宏定義，一般它的默認值比較小，在個人mac上查看其默認值是1024，也就是說在個人mac上select可以支持的最大的描述符數量是1024個。固然FD_SETSIZE也能夠從新定義，但若是要調整須要從新編譯內核。

描述符讀就緒條件

1. 接收緩衝區數據字節數大於低水位（默認是1），這時讀取操做返回大於0
2. 讀半關閉，也就是對端發來了FIN，這時返回0，也就是EOF
3. 當前套接字是監聽套接字，並且已完成鏈接數不爲0，這時能夠進行accept操做
4. 描述符上有套接字錯誤須要處理

描述符寫就緒條件

1. 發送緩衝區數據字節數大於低水位（一般爲2048）；
2. 套接字已鏈接或不須要鏈接（UDP）
3. 寫半關閉，這時若是再寫會收到SIGPIPE信號
4. 使用非阻塞式connect的套接字已創建鏈接或者connect失敗
5. 描述符上有套接字錯誤須要處理

shutdown&close

有兩個函數能夠關閉套接字：shutdown和close，它們的區別以下：

1. close會將引用計數減1，當計數爲0時關閉套接字；shutdown能夠直接觸發關閉。
2. close會終止讀和寫兩個方向；shutdown能夠經過參數howto指定關閉某個方向

int close(int fd);
int shutdown(int fd, int howto);

/* * howto arguments for shutdown(2), specified by Posix.1g. */
#define SHUT_RD 0 /* shut down the reading side */
#define SHUT_WR 1 /* shut down the writing side */
#define SHUT_RDWR 2 /* shut down both sides */

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poll

poll和select的功能相似，也支持IO複用，可是poll沒有使用描述符集，而是使用pollfd這種結構來表示描述符的狀態。

//nfds:array的長度，受進程能打開的最大文件數限制
//返回就緒描述符的個數，若超時則爲0， 若出錯則爲-1
int poll(struct pollfd *fdarray, unsigned long nfds, int timeout);

struct pollfd {
	int     fd;         /* descriptor to check */
	short   events;     /* events of intrests on fd */
	short   revents;    /* events that occurred on fd */
};
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poll的使用方法：

struct pollfd pollfds[OPEN_MAX]; //定義pollfd數組，將須要監聽的描述符保存起來
    for (;;)
    {
        //在循環中調用poll
        poll(pollfds, OPEN_MAX, INFTIM);
        for (int i = 0; i < OPEN_MAX; i++)
        {
            //遍歷pollfd數組處理就緒的描述符
            struct pollfd pfd = pollfds[i];
            if (pfd.revents & POLLIN) {
                //handle read
            }
            if (pfd.revents & POLLOUT) {
                //handle write
            }
        }
    }
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poll識別的數據類型：普通(normal)、優先級帶(priority band)、高優先級(high priority); 這些術語來自基於流的實現。（沒太明白，先標記下）

events常量列舉：

常量	出如今events	出如今revents	說明
POLLIN	y	y	普通或優先級帶數據可讀
POLLRDNORM	y	y	普通數據可讀
POLLRDBAND	y	y	優先級帶數據可讀
POLLPRI	y	y	高優先級帶數據可讀
POLLOUT	y	y	普通數據可寫
POLLWRNORM	y	y	普通數據可寫
POLLWRBAND	y	y	優先級帶數據可寫
POLLERR	n	y	發生錯誤
POLLHUP	n	y	發生掛起
POLLNVAL	n	y	描述符不是一個打開的文件

poll的就緒條件：

• 全部正規TCP數據和全部UDP數據視爲普通數據
• TCP帶外數據視爲優先級帶數據
• 當TCP讀半關閉時（收到對端傳來的FIN），也視爲普通數據，隨後的讀操做將返回0
• TCP鏈接存在錯誤既能夠視爲普通數據，也能夠視爲錯誤（POLLERR）。隨後的讀操做將返回-1，並設置全局的errno變量。
• 監聽套接字上有新的鏈接既能夠視爲普通數據，也能夠視爲優先級數據。
• 非阻塞式的connect的完成視爲使對應的套接字可寫。

總結

select和poll都支持IO複用，其思路都是調用函數監聽多個描述符，當有描述符就緒或者超時的時候函數調用就會返回，對應的描述符集合狀態也會改變，這時候再遍歷描述符集合，處理其中就緒的部分便可。

這種方式在須要監聽的描述符比較小，或者是每次就緒的描述符不少的狀況下比較有效；但當描述符不少並且每次只有少數描述符就緒時，效率就比較低了。後面出現的epoll就避免了這種線性遍歷的問題。

另外select還受FD_SETSIZE的限制，只能處理較少的描述符，而poll則沒有這個限制。poll監聽的集合大小隻受進程能打開的文件數量(RLIMIT_NOFILE)的限制。