Linux編程之select
select系統調用的的用途是：在一段指定的時間內，監聽用戶感興趣的文件描述符上可讀、可寫和異常等事件。編程
select 機制的優點
爲何會出現select模型？api
先看一下下面的這句代碼：服務器
int iResult = recv(s, buffer,1024);
這是用來接收數據的，在默認的阻塞模式下的套接字裏，recv會阻塞在那裏，直到套接字鏈接上有數據可讀，把數據讀到buffer裏後recv函數纔會返回，否則就會一直阻塞在那裏。在單線程的程序裏出現這種狀況會致使主線程（單線程程序裏只有一個默認的主線程）被阻塞,這樣整個程序被鎖死在這裏，若是永 遠沒數據發送過來，那麼程序就會被永遠鎖死。這個問題能夠用多線程解決，可是在有多個套接字鏈接的狀況下，這不是一個好的選擇，擴展性不好。網絡
再看代碼：數據結構
int iResult = ioctlsocket(s, FIOBIO, (unsigned long *)&ul); iResult = recv(s, buffer,1024);
這一次recv的調用無論套接字鏈接上有沒有數據能夠接收都會立刻返回。緣由就在於咱們用ioctlsocket把套接字設置爲非阻塞模式了。不過你跟蹤一下就會發現，在沒有數據的狀況下，recv確實是立刻返回了，可是也返回了一個錯誤：WSAEWOULDBLOCK，意思就是請求的操做沒有成功完成。多線程
看到這裏不少人可能會說，那麼就重複調用recv並檢查返回值，直到成功爲止，可是這樣作效率很成問題，開銷太大。socket
select模型的出現就是爲了解決上述問題。
select模型的關鍵是使用一種有序的方式，對多個套接字進行統一管理與調度 。函數
如上所示，用戶首先將須要進行IO操做的socket添加到select中，而後阻塞等待select系統調用返回。當數據到達時，socket被激活，select函數返回。用戶線程正式發起read請求，讀取數據並繼續執行。oop
從流程上來看，使用select函數進行IO請求和同步阻塞模型沒有太大的區別，甚至還多了添加監視socket，以及調用select函數的額外操做，效率更差。可是，使用select之後最大的優點是用戶能夠在一個線程內同時處理多個socket的IO請求。用戶能夠註冊多個socket，而後不斷地調用select讀取被激活的socket，便可達到在同一個線程內同時處理多個IO請求的目的。而在同步阻塞模型中，必須經過多線程的方式才能達到這個目的。測試
select流程僞代碼以下：
{
select(socket);
while(1)
{
sockets = select();
for(socket in sockets)
{
if(can_read(socket))
{
read(socket, buffer);
process(buffer);
}
}
}
}
select相關API介紹與使用
#include <sys/select.h> #include <sys/time.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h> int select(int maxfdp, fd_set *readset, fd_set *writeset, fd_set *exceptset,struct timeval *timeout);
參數說明：
maxfdp：被監聽的文件描述符的總數，它比全部文件描述符集合中的文件描述符的最大值大1，由於文件描述符是從0開始計數的；
readfds、writefds、exceptset：分別指向可讀、可寫和異常等事件對應的描述符集合。
timeout:用於設置select函數的超時時間，即告訴內核select等待多長時間以後就放棄等待。timeout == NULL 表示等待無限長的時間
timeval結構體定義以下：
struct timeval
{
long tv_sec; /*秒 */
long tv_usec; /*微秒 */
};
返回值：超時返回0;失敗返回-1；成功返回大於0的整數，這個整數表示就緒描述符的數目。
如下介紹與select函數相關的常見的幾個宏：
#include <sys/select.h> int FD_ZERO(int fd, fd_set *fdset); //一個 fd_set類型變量的全部位都設爲 0 int FD_CLR(int fd, fd_set *fdset); //清除某個位時可使用 int FD_SET(int fd, fd_set *fd_set); //設置變量的某個位置位 int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset); //測試某個位是否被置位
select使用範例：
當聲明瞭一個文件描述符集後，必須用FD_ZERO將全部位置零。以後將咱們所感興趣的描述符所對應的位置位，操做以下：
fd_set rset; int fd; FD_ZERO(&rset); FD_SET(fd, &rset); FD_SET(stdin, &rset);
而後調用select函數，擁塞等待文件描述符事件的到來；若是超過設定的時間，則再也不等待，繼續往下執行。
select(fd+1, &rset, NULL, NULL,NULL);
select返回後，用FD_ISSET測試給定位是否置位：
if(FD_ISSET(fd, &rset)
{
...
//do something
}
下面是一個最簡單的select的使用例子：
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main()
{
fd_set rd;
struct timeval tv;
int err;
FD_ZERO(&rd);
FD_SET(0,&rd);
tv.tv_sec = 5;
tv.tv_usec = 0;
err = select(1,&rd,NULL,NULL,&tv);
if(err == 0) //超時
{
printf("select time out!\n");
}
else if(err == -1) //失敗
{
printf("fail to select!\n");
}
else //成功
{
printf("data is available!\n");
}
return 0;
}
咱們運行該程序而且隨便輸入一些數據，程序就提示收到數據了。
深刻理解select模型：
理解select模型的關鍵在於理解fd_set,爲說明方便，取fd_set長度爲1字節，fd_set中的每一bit能夠對應一個文件描述符fd。則1字節長的fd_set最大能夠對應8個fd。
（1）執行fd_set set; FD_ZERO(&set); 則set用位表示是0000,0000。
（2）若fd＝5,執行FD_SET(fd,&set);後set變爲0001,0000(第5位置爲1)
（3）若再加入fd＝2，fd=1,則set變爲0001,0011
（4）執行select(6,&set,0,0,0)阻塞等待
（5）若fd=1,fd=2上都發生可讀事件，則select返回，此時set變爲0000,0011。注意：沒有事件發生的fd=5被清空。
基於上面的討論，能夠輕鬆得出select模型的特色：
（1）可監控的文件描述符個數取決與sizeof(fd_set)的值。我這邊服務器上sizeof(fd_set)＝512，每bit表示一個文件描述符，則我服務器上支持的最大文件描述符是512*8=4096。聽說可調，另有說雖然可調，但調整上限受於編譯內核時的變量值。
（2）將fd加入select監控集的同時，還要再使用一個數據結構array保存放到select監控集中的fd，一是用於再select返回後，array做爲源數據和fd_set進行FD_ISSET判斷。二是select返回後會把之前加入的但並沒有事件發生的fd清空，則每次開始select前都要從新從array取得fd逐一加入（FD_ZERO最早），掃描array的同時取得fd最大值maxfd，用於select的第一個參數。
（3）可見select模型必須在select前循環加fd，取maxfd，select返回後利用FD_ISSET判斷是否有事件發生。
用select處理帶外數據
網絡程序中，select能處理的異常狀況只有一種：socket上接收到帶外數據。
什麼是帶外數據？
帶外數據(out—of—band data)，有時也稱爲加速數據(expedited data)，
是指鏈接雙方中的一方發生重要事情，想要迅速地通知對方。
這種通知在已經排隊等待發送的任何「普通」(有時稱爲「帶內」)數據以前發送。
帶外數據設計爲比普通數據有更高的優先級。
帶外數據是映射到現有的鏈接中的，而不是在客戶機和服務器間再用一個鏈接。
咱們寫的select程序常常都是用於接收普通數據的，當咱們的服務器須要同時接收普通數據和帶外數據，咱們如何使用select進行處理兩者呢？
下面給出一個小demo：
#include <stdio.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
int main(int argc, char* argv[])
{
if(argc <= 2)
{
printf("usage: ip address + port numbers\n");
return -1;
}
const char* ip = argv[1];
int port = atoi(argv[2]);
printf("ip: %s\n",ip);
printf("port: %d\n",port);
int ret = 0;
struct sockaddr_in address;
bzero(&address,sizeof(address));
address.sin_family = AF_INET;
inet_pton(AF_INET,ip,&address.sin_addr);
address.sin_port = htons(port);
int listenfd = socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(listenfd < 0)
{
printf("Fail to create listen socket!\n");
return -1;
}
ret = bind(listenfd,(struct sockaddr*)&address,sizeof(address));
if(ret == -1)
{
printf("Fail to bind socket!\n");
return -1;
}
ret = listen(listenfd,5); //監聽隊列最大排隊數設置爲5
if(ret == -1)
{
printf("Fail to listen socket!\n");
return -1;
}
struct sockaddr_in client_address; //記錄進行鏈接的客戶端的地址
socklen_t client_addrlength = sizeof(client_address);
int connfd = accept(listenfd,(struct sockaddr*)&client_address,&client_addrlength);
if(connfd < 0)
{
printf("Fail to accept!\n");
close(listenfd);
}
char buff[1024]; //數據接收緩衝區
fd_set read_fds; //讀文件操做符
fd_set exception_fds; //異常文件操做符
FD_ZERO(&read_fds);
FD_ZERO(&exception_fds);
while(1)
{
memset(buff,0,sizeof(buff));
/*每次調用select以前都要從新在read_fds和exception_fds中設置文件描述符connfd，由於事件發生之後，文件描述符集合將被內核修改*/
FD_SET(connfd,&read_fds);
FD_SET(connfd,&exception_fds);
ret = select(connfd+1,&read_fds,NULL,&exception_fds,NULL);
if(ret < 0)
{
printf("Fail to select!\n");
return -1;
}
if(FD_ISSET(connfd, &read_fds))
{
ret = recv(connfd,buff,sizeof(buff)-1,0);
if(ret <= 0)
{
break;
}
printf("get %d bytes of normal data: %s \n",ret,buff);
}
else if(FD_ISSET(connfd,&exception_fds)) //異常事件
{
ret = recv(connfd,buff,sizeof(buff)-1,MSG_OOB);
if(ret <= 0)
{
break;
}
printf("get %d bytes of exception data: %s \n",ret,buff);
}
}
close(connfd);
close(listenfd);
return 0;
}
用select來解決socket中的多客戶問題
上面提到過，，使用select之後最大的優點是用戶能夠在一個線程內同時處理多個socket的IO請求。在網絡編程中，當涉及到多客戶訪問服務器的狀況，咱們首先想到的辦法就是fork出多個進程來處理每一個客戶鏈接。如今，咱們一樣可使用select來處理多客戶問題，而不用fork。
服務器端
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int server_sockfd, client_sockfd;
int server_len, client_len;
struct sockaddr_in server_address;
struct sockaddr_in client_address;
int result;
fd_set readfds, testfds;
server_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);//創建服務器端socket
server_address.sin_family = AF_INET;
server_address.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
server_address.sin_port = htons(8888);
server_len = sizeof(server_address);
bind(server_sockfd, (struct sockaddr *)&server_address, server_len);
listen(server_sockfd, 5); //監聽隊列最多容納5個
FD_ZERO(&readfds);
FD_SET(server_sockfd, &readfds);//將服務器端socket加入到集合中
while(1)
{
char ch;
int fd;
int nread;
testfds = readfds;//將須要監視的描述符集copy到select查詢隊列中，select會對其修改，因此必定要分開使用變量
printf("server waiting\n");
/*無限期阻塞，並測試文件描述符變更 */
result = select(FD_SETSIZE, &testfds, (fd_set *)0,(fd_set *)0, (struct timeval *) 0); //FD_SETSIZE：系統默認的最大文件描述符
if(result < 1)
{
perror("server5");
exit(1);
}
/*掃描全部的文件描述符*/
for(fd = 0; fd < FD_SETSIZE; fd++)
{
/*找到相關文件描述符*/
if(FD_ISSET(fd,&testfds))
{
/*判斷是否爲服務器套接字，是則表示爲客戶請求鏈接。*/
if(fd == server_sockfd)
{
client_len = sizeof(client_address);
client_sockfd = accept(server_sockfd,
(struct sockaddr *)&client_address, &client_len);
FD_SET(client_sockfd, &readfds);//將客戶端socket加入到集合中
printf("adding client on fd %d\n", client_sockfd);
}
/*客戶端socket中有數據請求時*/
else
{
ioctl(fd, FIONREAD, &nread);//取得數據量交給nread
/*客戶數據請求完畢，關閉套接字，從集合中清除相應描述符 */
if(nread == 0)
{
close(fd);
FD_CLR(fd, &readfds); //去掉關閉的fd
printf("removing client on fd %d\n", fd);
}
/*處理客戶數據請求*/
else
{
read(fd, &ch, 1);
sleep(5);
printf("serving client on fd %d\n", fd);
ch++;
write(fd, &ch, 1);
}
}
}
}
}
return 0;
}
客戶端
//客戶端
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/time.h>
int main()
{
int client_sockfd;
int len;
struct sockaddr_in address;//服務器端網絡地址結構體
int result;
char ch = 'A';
client_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);//創建客戶端socket
address.sin_family = AF_INET;
address.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
address.sin_port = htons(8888);
len = sizeof(address);
result = connect(client_sockfd, (struct sockaddr *)&address, len);
if(result == -1)
{
perror("oops: client2");
exit(1);
}
//第一次讀寫
write(client_sockfd, &ch, 1);
read(client_sockfd, &ch, 1);
printf("the first time: char from server = %c\n", ch);
sleep(5);
//第二次讀寫
write(client_sockfd, &ch, 1);
read(client_sockfd, &ch, 1);
printf("the second time: char from server = %c\n", ch);
close(client_sockfd);
return 0;
}
運行流程：
客戶端：啓動->鏈接服務器->發送A->等待服務器回覆->收到B->再發B給服務器->收到C->結束
服務器：啓動->select->收到A->發A+1回去->收到B->發B+1過去
測試：咱們先運行服務器，再運行客戶端
select總結：
select本質上是經過設置或者檢查存放fd標誌位的數據結構來進行下一步處理。這樣所帶來的缺點是：
一、單個進程可監視的fd數量被限制，即能監聽端口的大小有限。通常來講這個數目和系統內存關係很大，具體數目能夠cat/proc/sys/fs/file-max察看。32位機默認是1024個。64位機默認是2048.
二、 對socket進行掃描時是線性掃描，即採用輪詢的方法，效率較低：當套接字比較多的時候，每次select()都要經過遍歷FD_SETSIZE個Socket來完成調度,無論哪一個Socket是活躍的,都遍歷一遍。這會浪費不少CPU時間。若是能給套接字註冊某個回調函數，當他們活躍時，自動完成相關操做，那就避免了輪詢，這正是epoll與kqueue作的。
三、須要維護一個用來存放大量fd的數據結構，這樣會使得用戶空間和內核空間在傳遞該結構時複製開銷大。
- 1. linux select編程
- 2. linux 下 select 編程
- 3. Linux學習之網絡編程（select）
- 4. linux之shell編程select和case用法
- 5. python socket編程之select
- 6. Linux Select之坑
- 7. unix編程之高級io之select
- 8. Linux之select函數
- 9. Linux網絡編程---I/O多路複用之select
- 10. Linux----網絡編程（I/O複用之select系統調用）
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