Linux网络编程——I/O复用之select详解

一、I/O复用概述
I/O复用概念:

解决进程或线程阻塞到某个 I/O 系统调用而出现的技术,使进程不阻塞于某个特定的 I/O 系统调

I/O复用使用的场合:

1.当客户处理多个描述符(通常是交互式输入、网络套接字)时,必须使用I/O复用。
2.tcp服务器既要处理监听套接字,又要处理已连接套接字,一般要使用I/O复用。
3.如果一个服务器既要处理tcp又要处理udp,一般要使用I/O复用。
4.如果一个服务器要处理多个服务或多个服务时,一般要使用I/O复用。

I/O复用常用函数:

select、poll

二、select()函数
select函数介绍:
int select(int maxfd, fd_set *readset, fd_set *writeset, fd_set *exceptset, const struct timeval *timeout);
功能:轮询扫描多个描述符中的任一描述符是否发生响应,或经过一段时间后唤醒

返回值:

0:超时
-1:出错

0:准备好的文件描述符数量

头文件:

#include <sys/select.h>  
#include <sys/time.h>  

超时时间:

//该结构体表示等待超时的时间  
struct timeval{  
    long tv_sec;//秒  
    long tv_usec;//微秒  
};  
  
//比如等待10.2秒  
struct timeval timeout;  
timeoout.tv_sec = 10;  
timeoout.tv_usec = 200000;  
  
//将select函数的timeout参数设置为NULL则永远等待  

描述符集合的操作:
select()函数能对多个文件描述符进行监测,如果一个参数对应一个描述符,那么select函数的4个参数最多能监测4个文件描述,那他如何实现对多个文件描述符的监测的呢?
大家想一想文件描述符基本具有3种特性(读、写、异常),如果我们统一将监测可读的描述符放入可读集合(readset),监测可写的描述符放入可写集合(writeset),监测异常的描述符放入异常集合(exceptset)。然后将这3个集合传给select函数,是不是就可监测多个描述符呢.

如何将某个描述符加入到特定的集合中呢?这时就需要了解下面的集合操作函数

/初始化描述符集  
void FD_ZERO(fd_set *fdset);  
  
//将一个描述符添加到描述符集  
void FD_SET(int fd, fd_set *fdset);  
  
//将一个描述符从描述符集中删除  
void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);  
  
//检测指定的描述符是否有事件发生  
int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);  

select()函数整体使用框架:

例子:检测 0、4、5 描述符是否准备好读

while(1)  
{  
    fd_set rset;//创建一个描述符集rset  
    FD_ZERO(&rset);//对描述符集rset清零  
    FD_SET(0, &rset);//将描述符0加入到描述符集rset中  
    FD_SET(4, &rset);//将描述符4加入到描述符集rset中  
    FD_SET(5, &rset);//将描述符5加入到描述符集rset中  
      
    if(select(5+1, &rset, NULL, NULL, NULL) > 0)  
    {  
        if(FD_ISSET(0, &rset))  
        {  
            //描述符0可读及相应的处理代码  
        }  
          
        if(FD_ISSET(4, &rset))  
        {  
            //描述符4可读及相应的处理代码  
        }  
        if(FD_ISSET(5, &rset))  
        {  
            //描述符5可读及相应的处理代码  
        }  
    }  
}  

三、select函数的应用对比
我们通过udp同时收发的例子来说明select的妙处。
对于udp同时收发立马想到的是一个线程收、另一个线程发,下面的代码就是通过多线程来实现

#include <string.h>  
#include <stdio.h>  
#include <stdlib.h>  
#include <unistd.h>  
#include <sys/select.h>  
#include <sys/time.h>  
#include <sys/socket.h>  
#include <netinet/in.h>  
#include <arpa/inet.h>  
#include <pthread.h>  
  
//接收线程:负责接收消息并显示  
void *recv_thread(void* arg)  
{  
    int udpfd = (int)arg;  
    struct sockaddr_in addr;  
    socklen_t addrlen = sizeof(addr);  
      
    bzero(&addr,sizeof(addr));  
    while(1)  
    {  
        char buf[200]  = "";  
        char ipbuf[16] = "";  
        recvfrom(udpfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr*)&addr, &addrlen);  
        printf("\r\033[31m[%s]:\033[32m%s\n",inet_ntop(AF_INET,&addr.sin_addr,ipbuf,sizeof(ipbuf)),buf);  
        write(1,"UdpQQ:",6);  
    }  
    return NULL;  
}  
  
int main(int argc,char *argv[])  
{  
    char buf[100] = "";  
    int  udpfd = 0;  
    pthread_t tid;  
    struct sockaddr_in addr;  
    struct sockaddr_in cliaddr;  
      
    //对套接字地址进行初始化  
    bzero(&addr,sizeof(addr));  
    addr.sin_family = AF_INET;  
    addr.sin_port   = htons(8000);  
    addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);  
  
    bzero(&cliaddr,sizeof(cliaddr));      
    cliaddr.sin_family = AF_INET;  
    cliaddr.sin_port   = htons(8000);  
  
    //创建套接口  
    if( (udpfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM, 0)) < 0)  
    {  
        perror("socket error");  
        exit(-1);  
    }  
      
    //设置端口  
    if(bind(udpfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) < 0)  
    {  
        perror("bind error");  
        close(udpfd);         
        exit(-1);  
    }  
      
    printf("input: \"sayto 192.168.221.X\" to sendmsg to somebody\n");  
    //创建接收线程  
    pthread_create(&tid, NULL, recv_thread, (void*)udpfd); //创建线程  
    printf("\033[32m"); //设置字体颜色  
    fflush(stdout);  
      
    while(1)  
    {     
        //主线程负责发送消息  
        write(1,"UdpQQ:",6);//1 表示标准输出  
        fgets(buf, sizeof(buf), stdin); //等待输入  
        buf[strlen(buf) - 1] = '\0';    //确保输入的最后一位是'\0'  
        if(strncmp(buf, "sayto", 5) == 0)  
        {  
            char ipbuf[INET_ADDRSTRLEN] = "";  
            inet_pton(AF_INET, buf+6, &cliaddr.sin_addr);//给addr套接字地址再赋值.  
            printf("\rconnect %s successful!\n",inet_ntop(AF_INET,&cliaddr.sin_addr,ipbuf,sizeof(ipbuf)));  
            continue;  
        }  
        else if(strncmp(buf, "exit",4) == 0)  
        {  
            close(udpfd);  
            exit(0);  
        }  
          
        sendto(udpfd, buf, strlen(buf),0,(struct sockaddr*)&cliaddr, sizeof(cliaddr));  
    }  
      
    return 0;  
}  

运行结果:


用select来完成上述同样的功能:

#include <string.h>  
#include <stdio.h>  
#include <stdlib.h>  
#include <unistd.h>  
#include <sys/select.h>  
#include <sys/time.h>  
#include <sys/socket.h>  
#include <netinet/in.h>  
#include <arpa/inet.h>  
  
int main(int argc,char *argv[])  
{  
    int udpfd = 0;  
    struct sockaddr_in saddr;  
    struct sockaddr_in caddr;  
  
    bzero(&saddr,sizeof(saddr));  
    saddr.sin_family = AF_INET;  
    saddr.sin_port   = htons(8000);  
    saddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);  
      
    bzero(&caddr,sizeof(caddr));  
    caddr.sin_family  = AF_INET;  
    caddr.sin_port    = htons(8000);  
      
    //创建套接字  
    if( (udpfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM, 0)) < 0)  
    {  
        perror("socket error");  
        exit(-1);  
    }  
      
    //套接字端口绑字  
    if(bind(udpfd, (struct sockaddr*)&saddr, sizeof(saddr)) != 0)  
    {  
        perror("bind error");  
        close(udpfd);         
        exit(-1);  
    }  
  
    printf("input: \"sayto 192.168.220.X\" to sendmsg to somebody\033[32m\n");    
    while(1)  
    {     
        char buf[100]="";     
        fd_set rset;    //创建文件描述符的聚合变量    
        FD_ZERO(&rset); //文件描述符聚合变量清0  
        FD_SET(0, &rset);//将标准输入添加到文件描述符聚合变量中  
        FD_SET(udpfd, &rset);//将udpfd添加到文件描述符聚合变量中        
        write(1,"UdpQQ:",6);  
          
        if(select(udpfd + 1, &rset, NULL, NULL, NULL) > 0)  
        {  
            if(FD_ISSET(0, &rset))//测试0是否可读写  
            {                 
                fgets(buf, sizeof(buf), stdin);  
                buf[strlen(buf) - 1] = '\0';  
                if(strncmp(buf, "sayto", 5) == 0)  
                {  
                    char ipbuf[16] = "";  
                    inet_pton(AF_INET, buf+6, &caddr.sin_addr);//给addr套接字地址再赋值.  
                    printf("\rsay to %s\n",inet_ntop(AF_INET,&caddr.sin_addr,ipbuf,sizeof(ipbuf)));  
                    continue;  
                }  
                else if(strcmp(buf, "exit")==0)  
                {  
                    close(udpfd);  
                    exit(0);  
                }  
                sendto(udpfd, buf, strlen(buf),0,(struct sockaddr*)&caddr, sizeof(caddr));  
            }  
            if(FD_ISSET(udpfd, &rset))//测试udpfd是否可读写  
            {  
                struct sockaddr_in addr;  
                char ipbuf[INET_ADDRSTRLEN] = "";  
                socklen_t addrlen = sizeof(addr);  
                  
                bzero(&addr,sizeof(addr));  
                  
                recvfrom(udpfd, buf, 100, 0, (struct sockaddr*)&addr, &addrlen);  
                printf("\r\033[31m[%s]:\033[32m%s\n",inet_ntop(AF_INET,&addr.sin_addr,ipbuf,sizeof(ipbuf)),buf);  
            }  
        }  
    }  
      
    return 0;  
}  

运行结果:


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