IO多路转接 —— select
文章目录
- 1. select的概念
- 2. select的函数接口
- 3. 基于select的简易服务器实现
- 4. select优缺点分析
前言： select用的少现在，而且写起来很复杂，本篇所讲的select IO模型主要是用于处理读就绪事件的，至于写就绪不关心。
1. select的概念
select函数来实现多路复用输入/输出模型：
- select系统调用是用来让我们的程序监视多个文件描述符的状态变化的;
- 程序会停在select这里等待，直到被监视的文件描述符有一个或多个发生了状态改变
select函数它是负责等这个过程的，等成功了就通知上层来缓冲区拷贝，这个等的方式是可以自己设置的，比如：阻塞等，非阻塞等都行。注意：它只负责等，不负责拷贝或者写入。
2. select的函数接口
- int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
函数参数：
- nfds 是要监测的fd中，最大的fd+1，它相当于一个边界控制。
- fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds,这三个参数是输入输出型参数，输入：你告诉内核你要关心那些fd。输出：你关心的fd有谁就绪了。总共有三个参数，它们分别是可读文件描述符的集合，可写文件描述符的集 合及异常文件描述符的集合。
- timeout这个结构体就是一个时间线。就用它来控制等的方式，如果将它给成null，那么就是阻塞式等。如果给成{0,0},那就是非阻塞式等。如果给成{5,0}，那就是5秒前为阻塞式等，五秒后为非阻塞式等(相当于超时处理)。
函数返回值:
- 大于 0：成功，返回集合中已就绪的文件描述符的总个数
- 等于 - 1：函数调用失败
- 等于 0：超时，没有检测到就绪的文件描述符
fd_set: 这个类型它就是一个位图，可以通过操作位图来表示你要关心哪些fd。它的大小是128字节。128*8=1024个比特位，也就是说可以检测1024个文件描述符，这个范围其实不是很大。
看一下它的结构：
typedef struct{/* XPG4.2 requires this member name. Otherwise avoid the namefrom the global namespace. */
#ifdef __USE_XOPEN__fd_mask fds_bits[__FD_SETSIZE / __NFDBITS];
# define __FDS_BITS(set) ((set)->fds_bits)
#else__fd_mask __fds_bits[__FD_SETSIZE / __NFDBITS];
# define __FDS_BITS(set) ((set)->__fds_bits)
#endif} fd_set;
但这个位图，不能直接操作，必须使用函数接口：
- void FD_CLR(int fd, fd_set *set); // 这是用于去除位图set中的某个fd
- int FD_ISSET(int fd, fd_set *set);// 用来检测某个fd是否在位图set中
- void FD_SET(int fd, fd_set *set); // 把某个fd加入到位图set中
- void FD_ZERO(fd_set *set);//清空位图
举个例子，就取fd_set的最后8个比特位：fd_set i;
(1)先是利用FD_ZERO(&i)清空位图。
(2)将fd = 5，设置到位图i中，FD_SET(5,&i)。那就是将第五个比特位设置为1。
(3)再把fd = 1，fd =2 ，都设置进去：
(4)那么就可以利用select进行检测，假如这些描述符组合，我只关心读事件就绪：
select(6,&i,null,null,null)，为啥是6，最大文件描述符fd是5，5+1 = 6。最后一个参数设置为null，就是阻塞式等待。
(5)假如现在fd=5的读事件就绪了，但是2和1都不就绪，那也返回了，位图就变为：
注意了：2和1处都被抹除，只有5处为1，因为只有5的读事件就绪了。那么肯定有疑问了，我本来要关心fd=1，2，5，三个文件描述符，虽然只有5事件读就绪，你把1，2都给抹除了，那么下次我还要重新设置位图吗？还得把1和2重新设置进位图？答案是：需要，这就是select难的地方。得有一个数组，提前把你要关心的文件描述符存进去。
那么我是如何知道5事件就绪了呢？还得操作位图：FD_ISSET(5, &i)，这就是帮助检测的，如果返回值是>0，那么就说明关系的fd事件已经就绪，<0，就表示未就绪。
(6) 要是不关心某个fd了，就可以用void FD_CLR(int fd, fd_set *set);
3. 基于select的简易服务器实现
那么知道了select的基本操作函数，我们就基于select来完成一个简易的读取数据服务器，客户端就不写了，我们主要看的是服务器中使用select的基本逻辑。
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include 这是在定义一个存放fd集合的数组，记忆功能
#define NUM (sizeof(fd_set) * 8)
int fd_array[NUM];void useage()
{std::cout << "please use"<< "./select_sever"<< "+"<< "端口号" << std::endl;
}int main(int argv, char *argc[])
{ 启动服务器的方式if (argv != 2){useage();exit(1);} 使服务器进去listen状态int listen_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (listen_fd < 0){std::cerr << "listen_fd failed" << std::endl;exit(2);}std::cout << "listen_fd:" << listen_fd << std::endl;struct sockaddr_in my_sock;my_sock.sin_family = AF_INET;my_sock.sin_port = htons(atoi(argc[1]));my_sock.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;if (bind(listen_fd, (const struct sockaddr *)&my_sock, sizeof(my_sock)) < 0){std::cerr << "bind errno" << std::endl;exit(3);}if (listen(listen_fd, 5) < 0){std::cerr << "listen errno" << std::endl;exit(4);} 请问这里可以accept吗？绝对不可以，因为accept它是从listen_fd中拿连接，这也是读取事件，所以要用select进行管理。 初始化一下 fd_arryfor (int i = 0; i < NUM; i++){fd_array[i] = -1;} 我们只关心读事件，那么先得有一个位图fd_Setfd_set rfds;fd_array[0] = listen_fd; // 这个是不变的，一上来就只有一个套接字要监听读事件，那就是listen_fdwhile (true){ 清空位图FD_ZERO(&rfds); 把关心的事件设置进位图，并且更新MAX_fd(select的第一个参数)int MAX_fd = fd_array[0];for (int i = 0; i < NUM; i++){if (fd_array[i] == -1)continue;FD_SET(fd_array[i], &rfds);if (MAX_fd < fd_array[i]){MAX_fd = fd_array[i];}}开始select等待int n = select(MAX_fd + 1, &rfds, NULL, NULL, NULL);switch (n){case -1:std::cerr << "select error" << std::endl;break;case 0:std::cout << "time out" << std::endl;break;default:std::cout << "有读事件就绪" << std::endl;std::cout<<"********************************************"<if (fd_array[i] == -1)continue;if (FD_ISSET(fd_array[i], &rfds)){if (fd_array[i] == listen_fd){std::cout << "有新的连接" << std::endl;// 进行连接struct sockaddr_in user;socklen_t size_sockaddr = sizeof(user);int sock = accept(listen_fd, (struct sockaddr *)&user, &size_sockaddr);if (sock < 0){std::cerr << "accept errno" << std::endl;exit(5);}std::cout<<"连接成功:"<<"fd = "<if (fd_array[pos] == -1)break;}// 对pos位置进行管理，看pos位置是否合法：if (pos < NUM){fd_array[pos] = sock;}else{std::cout << "服务器满载,关闭此连接" << std::endl;std::cout<<"********************************************"< 走到这里，说明就是普通的读取事件，普通套接字的读事件就绪。 到这可以读吗？当然可以，人家都通知你读了std::cout << "套接字为" << fd_array[i] << "有读取事件就绪" << std::endl;char buffer[1024] = {0};ssize_t N = recv(fd_array[i], buffer, sizeof(buffer) - 1, 0);if (N > 0){buffer[N] = 0;std::cout << "client[" << fd_array[i] << "]#" << buffer << std::endl;std::cout<<"********************************************"<std::cout << "对端连接关闭" << std::endl;close(fd_array[i]);// 注意，我们要把它在数组中的存储一并去除，这件事很重要fd_array[i] = -1;std::cout<<"********************************************"<std::cout << "读取失败"<< "主动关闭连接" << std::endl;close(fd_array[i]);// 注意，我们要把它在数组中的存储一并去除，这件事很重要fd_array[i] = -1;std::cout<<"********************************************"< 看看结果：
(1) 服务器起来
(2) telnet 连接
(3) 看现象，这是连接成功了，并且被select管理起来的
(4) 客户端发送数据
(5) 服务器接收
(6) 客户端退出，服务端：
至于这个代码的讲解，我都在注释里讲清楚了，不好理解。
其实，里面的select默认用的是阻塞等待，如果想要实验 select 的等待方式，其实只需要把函数的最后参数 timeout 改改就可以了。
4. select优缺点分析
分析一下select IO模型，它非常依赖第三方数组，原因有两点：
- fd_set 位图每一次都需要重新设置，这是很尴尬的，我让你关心这些fd事件，你返回的时候只返回哪些就绪了的，其余都给我抹除了，我还得搞个第三方数组，提前把关心的事件保存起来。
- 你要想关心别的fd，或者不再关心某个fd，都需要第三方数组进行管理。
那么就可以总结一下它的优缺点：
- 优点：一次可以等待多个fd，一定程度上提高了IO效率
- 缺点：每次都要重新设置位图，还得遍历检测。select从用户层到内核，多次切换，这个频率有点高，这是有开销的。文件描述符1024个，这个数量有点小。