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1. 前言

多路转接一共有三种实现方案, 分别是select,poll和epoll. 本系列文章会一一讲解它们的优缺点和使用方法. 如果你还不清楚这些IO模型, 请先阅读这篇文章: Linux高级IO

本章重点:

本篇文章着重讲解select函数的原型和用法, 并且会带大家实现一个简单的select多路转接代码

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2. 初识select

系统提供select函数来实现多路复用输入/输出模型.

select函数的原型:

参数解释:

• 参数nfds是需要监视的最大的文件描述符值+1；
• rdset,wrset,exset分别对应于需要检测的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;
• 参数timeout为结构timeval，用来设置select()的等待时间

就绪事件通常分为可读事件,可写事件和异常事件

参数timeout的意义:

• NULL：则表示select（）没有timeout，select将一直被阻塞，直到某个文件描述符上发生了事件;
• 0：仅检测描述符集合的状态，然后立即返回，并不等待外部事件的发生。
• 特定的时间值：如果在指定的时间段里没有事件发生，select将超时返回。

select函数参数中, 使用了fd_set类型变量, 如果你对信号部分比较熟悉, 那么你一定能猜到, fd_set是个位图, 你可以把你需要关心的所有fd都设置到这个位图中, 让select函数帮你关心, 比如你想要关心0号文件描述符(stdin)的读事件, 那么就在readfd中将0设置进去.

select函数的返回值以及错误码:

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3. 理解select的执行过程

timel结构体参数,fd_set类型参数都是输入输出型参数

• timeval类型参数: 假如你设置阻塞时间为5秒, 但是等待了三秒后就有事件就绪, 函数就返回了, 那么timeval类型参数的值会被设置成为2秒.
• fd_set类型参数, 输入你想要关心的fd集合, 输出时, 此结构中存放, 已经事件就绪的fd集合. 比如你想要关心0~10号文件描述符的读事件, 函数返回时, 此集合中可能只有1.3.5号fd被返回了, 也就是说只有1.3.5号fd的事件就绪了

综上所述: 每一次调用完select后,都需要我们重置参数

while(1)
{
	 //处理完重置参数
	 fs_set readset；
	 FD_SET(fd,&readset);
	 select(fd+1,&readset,NULL,NULL,NULL);
	 if(FD_ISSET(fd,readset))
	 {……}
}

什么叫做事件就绪?拿读事件来说, 客户端和服务器建立连接后, 客户端就一定会向服务器发送数据吗? 不一定! 所以服务器只能等待客户端发数据, 一旦接收缓冲区有数据到来, 那么就是读事件就绪了, 可以直接调用recv函数从对应的fd中将数据拿到内存. 写事件也是如此, 可能此时的发送缓冲区已满, 那么就需要等待

select的特点:

fd_set的大小可变,有兴趣可自行查资料

select的缺点:

正因为select的这些缺陷, 才会有后面的poll和epoll来代替它

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4. select的简使用示例

多路转接的编程本质上也是网络编程, 所以我们可以先定义一个sock.h文件用于网络通信的套接字编程:

class Sock
{
    const static int gbacklog = 20;
public:
    Sock()
    {

    }
    static int Socket()
    {
        
    }
    static void Bind(int sock, uint16_t port, string ip = "0.0.0.0")
    {
       
    }
    static void Listen(int sock)
    {
    }
    static int Accept(int listensock,string* ip,uint16_t* port)
    {
        
    }   
    static bool Connect(int sock,string serverip,uint16_t serverport)//客户端要连接谁就传谁的ip和port
    {
        
    }
    ~Sock()
    {}
};

接下来是select的编程:

#ifndef __SELECT_SVR_H__
#define __SELECT_SVR_H__
#include <iostream>
#include <sys/select.h>
#include <vector>
#include "log.hpp"
#include "sock.hpp"
#include <string>
#include <sys/time.h>
using namespace std;

#define BITS 8
#define NUM (sizeof(fd_set) * BITS)
#define FD_NONE -1

// 只完成读取,写入和异常暂时不做处理,单进程,可以同时为多个人服务
class Select_Server
{
public:
    Select_Server(uint16_t port = 9090)
        : _port(port)
    {
        _listensock = Sock::Socket();
        Sock::Bind(_listensock, port);
        Sock::Listen(_listensock);
        logMessage(DEBUG, "创建基础套接字成功!");
        for (int i = 0; i < NUM; i++)
            _array[i] = FD_NONE; // 规定array[0] = _listensock
        _array[0] = _listensock;
    }

    void Start()
    {
        while (1)
        {
            DebugPrint();
            // struct timeval timeout = {5, 0};
            //  如何看待当前唯一的套接字?获取新连接,我们把它依旧看作IO,input事件,如果没有连接到来,调用accept就会阻塞,不能直接调用accept
            //  FD_SET(_listensock, &readfd); // 将listensock添加到文件描述符集合中
            //  int n = select(_listensock + 1, &readfd, nullptr, nullptr, &timeout);
            //  随着获取的sock越来越多,注定了nfds每一次都可能要发送变化,需要对它进行动态计算,并且rfds,writefds是输入输出型参数,每次输入输出可能不同,注定了每次都要对rfds进行重新添加
            //  应该将自己所有的文件描述符都单独保存起来,用来支持: 1. 更新最大值 2. 更新位图结构
            fd_set readfd;
            FD_ZERO(&readfd); // 将这个位图清空
            int maxfd = _listensock;
            for (int i = 0; i < NUM; i++) // 更新位图,寻找最大值
            {
                if (_array[i] == FD_NONE)
                    continue;
                FD_SET(_array[i], &readfd);
                if (_array[i] > maxfd)
                    maxfd = _array[i];
            }
            int n = select(maxfd + 1, &readfd, nullptr, nullptr, nullptr);
            if (n == 0) // 没有文件描述符就绪
                //logMessage(DEBUG, "time out");
            else if (n == -1)
                //logMessage(DEBUG, "select error");
            else
            {
                //logMessage(DEBUG, "select获取到一个链接");
                HandlerEvent(readfd);
            }
        }
    }

    ~Select_Server()
    {
        if (_listensock >= 0)
            close(_listensock);
    }

private:
    void Accepter()
    {

    }

    void Recver(int sock, int pos)
    {
        
    }

    void HandlerEvent(const fd_set &readfd) // fd_set是一个集合,里面可能存在多个sock
    {
        
    }
private:
    uint16_t _port;
    int _listensock;
    int _array[NUM];
};
#endif

关于代码的解释都在注释中, 如果你想查看完整的代码, 可以在gitee: select编程示例中找到你想要的一切

需要注意的是, 读事件就绪有两种情况, 一种是新来fd的连接了, 另外一种是已有的连接的数据就绪了, 所以这两种情况需要分开讨论

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5. 总结

为什么多路转接在实际生活中运用如此之多? 答案就是它一次性可以等待多个文件描述符, 效率很高. 但是select多路转接方案有局限性, 所以后面的epoll才是学习的重点

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🔎 下期预告:多路转接之poll 🔍