IO复用之select

news2025/4/6 6:14:22

目录

一.select方法介绍

2.1 select 系统调用的原型

2.2 集合的数据结构

2.2.1 fd_set 结构如下:

2.2.2 关于集合fd_set的解析

2.3 select第一个参数

2.4 select方法之超时时间timeout

2.5 select方法的用法简述及返回值

2.6 如何检测集合中有哪些描述符有事件就绪

三.select应用

3.1 select小实例

 3.2 结合tcp编程

一.select方法介绍

select 系统调用的用途是:在一段指定时间内，监听用户感兴趣的文件描述符的可读、可写和异常等事件。

2.1 select 系统调用的原型

select 成功时返回就绪(可读、可写和异常)文件描述符的总数。如果在超时时间内没有任何文件描述符就绪,select将返回 0。select 失败是返回-1.如果在 select 等待期间，程序接收到信号，则select 立即返回-1，并设置errno 为EINTR。

#include <sys/select.h>
int select(int maxfd, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
  • maxfd 参数指定的被监听的文件描述符的总数。它通常被设置为 select 监听的所有文件描述符中的最大值+1。
  • readfds、 writefds 和 exceptfds 参数分别指向可读、可写和异常等事件对应的文件描述符集合。应用程序调用 select 函数时，通过这 3 个参数传入自己感兴趣的文件描述符。
  • select 返回时，内核将修改它们来通知应用程序哪些文件描述符已经就绪

2.2 集合的数据结构

select如何通知应用程序有哪些描述符数据就绪了,用户又是如何将这些描述符添加到select这个集合中?具体看下面关于集合fd_set的解析;

2.2.1 fd_set 结构如下:

#define __FD_SETSIZE 1024
typedef long int fd_mask;
#define __NFDBITS(8*(int)sizeof(__fd_mask))

typedef struct
{
    #ifdef __USE_XOPEN
    __fd_mask fds_bits[__FD_SETSIZE/__NFDBITS];//这是一个数组,依次是数组类型 数组名[数组个数]
    # 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;

2.2.2 关于集合fd_set的解析

select如何通知应用程序有哪些描述符数据就绪了,用户又是如何将这些描述符添加到select这个集合中?我们首先来看关于集合fd_set的解析 :

也就是说这个结构体fd_set实际定义了1024个位。

通过下列宏可以访问 fd_set 结构中的位:

FD_ZERO(fd_set *fdset);// 清除 fdset 的所有位,就是将所有的位都置为0;

FD_SET(int fd，fd_set *fdset);// 设置 fdset 的位 fd,就是将某个描述符对应的位设置为1,就是将某个描述符添加到这个集合中;

FD_CLR(int fd，fd_set *fdset);// 清除 fdset 的位 fd,就是将某个位清零;

int FD_ISSET(int fd,fd_set *fdset);// 测试 fdset 的位 fd 是否被设置,其实就是测试某个描述符对应的位是不是1,如果被设置为1返回值为真,否则返回值为假; 

2.3 select第一个参数

select第一个参数通常被设置为描述符的最大值+1

也就是说书上maxfd是描述符的总数目，其实应该理解为描述符的最大值+1；也就是需要关注的位的总数目，比如上面的例子是8；

2.4 select方法之超时时间timeout

timeout 参数用来设置 select 函数的超时时间。它是一个 timeval 结构类型的指针，采用指针参数是因为内核将修改它以告诉应用程序 select 等待了多久。

timeval结构的定义如下:

struct timeval
{
    long tv_sec;//秒数
    long tv_usec;// 微秒数
};

也就是我们能够精确到微秒,实际上它还要看系统能不能达到;

1秒=1000毫秒，1毫秒=1000微秒

如果给 timeout 的两个成员都是 0，则 select 将立即返回。如果 timeout 传递NULL，则 select 将一直阻塞，直到某个文件描述符就绪 

2.5 select方法的用法简述及返回值

我们先将描述符添加到集合中,将集合传参给select,select返回以后我们就要关注它的返回值;

返回值如果等于0,就说明超时了:

如果返回值为n,n>0,那么就说明这个集合中有n(n>0)个描述符有事件就绪;

如果返回值为-1,说明出错了;

2.6 如何检测集合中有哪些描述符有事件就绪

三.select应用

3.1 select小实例

select检查键盘是否有数据

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <assert.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>

#define STDIN 0
int main()
{
	int fd=STDIN;
	fd_set fdset;
	while(1)
	{
		FD_ZERO(&fdset);
		FD_SET(fd,&fdset);

		struct timeval tv={5,0};
		int n=select(fd+1,&fdset,NULL,NULL,&tv);
		if(n==-1)
		{
			printf("select error!\n");
			continue;
		}
		else if(n==0)
		{
			printf("time out!\n");
			continue;
		}
		else
		{
			if(FD_ISSET(fd,&fdset))
			{
				char buff[128]={0};
				read(fd,buff,127);
				printf("read:%s\n",buff);
			}
		}
	}
}

 3.2 实现select的tcp服务器端

 #include <stdio.h>
 #include <stdlib.h>
 #include <unistd.h>
 #include <string.h>
 #include <assert.h>
 #include <sys/socket.h>
 #include <arpa/inet.h>
 #include <netinet/in.h>
 #include <fcntl.h>
 #include <sys/select.h>
 #include <sys/time.h>
  
 #define MAXFD 100

int create_socket()
 {
     int sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
     if(sockfd==-1)
     {
         return -1;
     }
 
     struct sockaddr_in saddr;
     memset(&saddr,0,sizeof(saddr));
     saddr.sin_family=AF_INET;
     saddr.sin_port=htons(6000);
     saddr.sin_addr.s_addr=inet_addr("127.0.0.1");
 
     int res=bind(sockfd,(struct sockaddr *)&saddr,sizeof(saddr));
     if(res==-1)
     {
         return -1;
     }
 
     res=listen(sockfd,5);
     if(res==-1)
     {
         return -1;
     }
 
     return sockfd;
 }

 void fds_init(int fds[])
 {
	 for(int i=0;i<MAXFD;i++)
	 {
		 fds[i]=-1;
	 }
 }

 void fds_add(int fds[],int fd)
 {
	 for(int i=0;i<MAXFD;i++)
	 {
		 if(fds[i]==-1)
		 {
			 fds[i]=fd;
			 break;
		 }
	 }
 }

 void fds_del(int fds[],int fd)
 {
	 for(int i=0;i<MAXFD;i++)
	 {
		 if(fds[i]==fd)
		 {
			 fds[i]=-1;
			 break;
		 }
	 }
 }

 int main()
 {
	 int sockfd=create_socket();
	 assert(sockfd!=-1);

	 int fds[MAXFD];
	 fds_init(fds);

	 fds_add(fds,sockfd);

	 fd_set fdset;
	 while(1)
	 {
		 FD_ZERO(&fdset);
		 int maxfd=-1;

		 for(int i=0;i<MAXFD;i++)
		 {
			 if(fds[i]!=-1)
			 {
				 FD_SET(fds[i],&fdset);
				 if(maxfd<fds[i])
				 {
					 maxfd=fds[i];
				 }
			 }
		 }

		 struct timeval tv={5,0};

		 int n=select(maxfd+1,&fdset,NULL,NULL,&tv);
		 if(n==-1)
		 {
			 printf("select error!\n");
			 continue;
		 }
		 else if(n==0)
		 {
			 printf("time out!\n");
			 continue;
		 }
		 else
		 {
			 for(int i=0;i<MAXFD;i++)
			 {
				 if(fds[i]==-1)
				 {
					continue;
				 }
				 if(FD_ISSET(fds[i],&fdset))
				 {
					 if(fds[i]==sockfd)
					 {
						 //accept;
						 struct sockaddr_in caddr;
						 int len=sizeof(caddr);
						 int c=accept(sockfd,(struct sockaddr*)&caddr,&len);
						 if(c==-1)
						 {
							 continue;
						 }
						 printf("accept c=%d\n",c);

						 fds_add(fds,c);
					 }
					 else
					 {
						 //recv
						 char buff[128]={0};
						 int res=recv(fds[i],buff,127,0);
						 if(res<=0)
						 {
							 close(fds[i]);
							 fds_del(fds,fds[i]);
							 printf("one client over!\n");
						 }
						 else
						 {
							 printf("buff(c=%d)=%s\n",fds[i],buff);
							 send(fds[i],"ok",2,0);
						 }
					 }
				 }
			 }
		 }
	 }
	 exit(0);
 }

封装函数版（跟上面的代码作用是一样的） 

//select_ser.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <assert.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/select.h>

#define MAX_FD  128
#define DATALEN 1024

//初始化服务器端的sockfd套接字
int InitSocket()
{
    int sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if(sockfd==-1)
    {
        return -1;
    }
    
    struct sockaddr_in saddr;
    memset(&saddr,0,sizeof(saddr));
    saddr.sin_family=AF_INET;
    saddr.sin_port=htons(6000);
    saddr.sin_addr.s_addr=inet_addr("127.0.0.1");
    
    int res=bind(sockfd,(struct sockaddr *)&saddr,sizeof(saddr));
    if(res==-1)
    {
        return -1;
    }
    
    res=listen(sockfd,5);
    if(res==-1)
    {
        return -1;
    }
    
    return sockfd;  
}


//初始化记录服务器套接字的数组
void InitFds(int fds[],int n)
{
    int i=0;
    for(;i<n;++i)
    {
        fds[i]=-1;
    }
}


//将套接字描述符添加到数组中
void AddFdToFds(int fds[],int fd,int n)
{
    int i=0;
    for(;i<n;++i)
    {
        if(fds[i]==-1)
        {
            fds[i]=fd;
            break;
        }
    }
}


//删除数组中的套接字描述符
void DelFdFromFds(int fds[],int fd,int n)
{
    int i=0;
    for(;i<n;++i)
    {
        if(fds[i]==fd)
        {
            fds[i]=-1;
            break;
        }
    }
}



//将数组中的套接字描述符设置到fd_set变量中,并返回当前最大的文件描述符值
int SetFdToFdset(fd_set *fdset,int fds[],int n)
{
    FD_ZERO(fdset);
    int i=0,maxfd=fds[0];
    for(;i<n;++i)
    {
        if(fds[i]!=-1)
        {
            FD_SET(fds[i],fdset);
            if(fds[i]>maxfd)
            {
                maxfd=fds[i];
            }
        }
    }
    
    return maxfd;
}

void GetClientLink(int sockfd,int fds[],int n)
{
    struct sockaddr_in caddr;
    memset(&caddr,0,sizeof(caddr));
    socklen_t len=sizeof(caddr);
    int c=accept(sockfd,(struct sockaddr *)&caddr,&len);
    if(c<0)
    {
        return ;
    }
    printf("A client connection was successful\n");
    AddFdToFds(fds,c,n);//新的链接套接字c添加进去集合中
}

//处理客户端数据
void DealClientData(int fds[],int n,int clifd)
{
    char data[DATALEN]={0};
    int num=recv(clifd,data,DATALEN-1,0);
    if(num<=0)
    {
        DelFdFromFds(fds,clifd,n);
        close(clifd);
        printf("A client disconnected\n");
    }
    else
    {
        printf("%d:%s\n",clifd,data);
        send(clifd,"Ok",2,0);
    }
}


//处理select返回的就绪事件
void DealReadyEvent(int fds[],int n,fd_set*fdset,int sockfd)
{
    int i=0;
    for(;i<n;++i)
    {
        if(fds[i]!=-1&& FD_ISSET(fds[i],fdset))
        {
            if(fds[i]==sockfd)
            {
                GetClientLink(sockfd,fds,n);
            }
            else
            {
               DealClientData(fds,n,fds[i]);
            }
        }
    }
}




int main()
{
    int sockfd=InitSocket();
    assert(sockfd!=-1);
    
     fd_set readfds;
     int fds[MAX_FD];
     InitFds(fds,MAX_FD);
     AddFdToFds(fds,sockfd,MAX_FD);
        
     while(1)
     {
         int maxfd=SetFdToFdset(&readfds,fds,MAX_FD);
         struct timeval timeout;
         timeout.tv_sec=5;//秒数
         timeout.tv_usec=0;//微秒
         int n=select(maxfd+1,&readfds,NULL,NULL,&timeout);
         if(n<0)
         {
             printf("select error\n");
             break;
         }
         else if(n==0)
         {
             printf("time  out\n");
             continue;
         }
         
         DealReadyEvent(fds,MAX_FD,&readfds,sockfd);
     }
    exit(0);
    
}

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