初识select

系统提供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;

在这里插入图片描述

文章目录

初识select
一：Select函数原型
- 参数解释：
- 参数timeout的设置：
- fd_set类型解析
- 函数的返回值
二：理解Select的执行过程
三：Select的特点
四：Select的简单示例

一：Select函数原型

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

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。

参数timeout的设置：

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。

fd_set类型解析

在使用select函数时，就免不了用到fd_set结构体。那fd_set就是怎么样的？
下面我们先看在man手册中关于select：
在这里插入图片描述
那么fd_set究竟是什么？

typedef long int __fd_mask;


/* It's easier to assume 8-bit bytes than to get CHAR_BIT. */
#define __NFDBITS (8 * (int) sizeof (__fd_mask))
#define __FDELT(d) ((d) / __NFDBITS)
#define __FDMASK(d) ((__fd_mask) 1 << ((d) % __NFDBITS))

/* fd_set for select and pselect. */
typedef struct
  {
    /* XPG4.2 requires this member name. Otherwise avoid the name
       from 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;

/* Maximum number of file descriptors in `fd_set'. */
#define FD_SETSIZE __FD_SETSIZE   //__FD_SETSIZE等于1024

/* Access macros for `fd_set'.  */
#define FD_SET(fd, fdsetp)      __FD_SET (fd, fdsetp)
#define FD_CLR(fd, fdsetp)      __FD_CLR (fd, fdsetp)
#define FD_ISSET(fd, fdsetp)    __FD_ISSET (fd, fdsetp)
#define FD_ZERO(fdsetp)         __FD_ZERO (fdsetp)

根据分析，我么可以把这个结构理解为一个整数数组，更严格的说, 是一个 “位图”。使用位图中对应的位来表示要监视的文件描述符。
💡💡💡并且还提供了一组操作fd_set的接口函数，来方便的操作该位图！

void FD_CLR(int fd, fd_set *set); // 用来清除描述词组set中相关fd 的位
int FD_ISSET(int fd, fd_set *set); // 用来测试描述词组set中相关fd 的位是否为真
void FD_SET(int fd, fd_set *set); // 用来设置描述词组set中相关fd的位
void FD_ZERO(fd_set *set); // 用来清除描述词组set的全部位

函数的返回值

执行成功则返回文件描述词状态已改变的个数。
如果返回0代表在描述词状态改变前已超过timeout时间，没有返回。
当有错误发生时则返回-1，错误原因存于errno，此时参数readfds，writefds, exceptfds和timeout的值变成不可预测。

其中，错误值可能为：

EBADF 文件描述词为无效的或该文件已关闭。
EINTR 此调用被信号所中断。
EINVAL 参数n 为负值。
ENOMEM 核心内存不足。

二：理解Select的执行过程

理解select模型的关键在于理解fd_set,为说明方便，取fd_set长度为1字节，fd_set中的每一bit可以对应一个文件描述符fd。则1字节长的fd_set最大可以对应8个fd。

（1）执行fd_set set; FD_ZERO(&set);则set用位表示是0000,0000。
（2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);后set变为0001,0000(第5位置为1) 。
（3）若再加入fd＝2，fd=1,则set变为0001,0011 。
（4）执行select(6,&set,0,0,0)阻塞等待。
（5）若fd=1,fd=2上都发生可读事件，则select返回，此时set变为0000,0011。注意：没有事件发生的fd=5被清空。

三：Select的特点

可监控的文件描述符个数取决与sizeof(fd_set)的值。我这边服务器上sizeof(fd_set)＝512，每bit表示一个文件描述符，则我服务器上支持的最大文件描述符是512*8=4096。
将fd加入select监控集的同时，还要再使用一个数据结构array保存放到select监控集中的fd。

这里我们思考为什么需要额外的数据结构array保存放到select监控集中的fd？

一是用于再select 返回后，array作为源数据和fd_set进行FD_ISSET判断。
二是select返回后会把以前加入的但并无事件发生的fd清空，则每次开始select前都要重新从array取得
fd逐一加入(FD_ZERO最先)，扫描array的同时取得fd最大值maxfd，用于select的第一个参数。

也正是因为以上两点，Select也有不得不说的缺点！！！

每次调用select, 都需要手动设置fd集合, 从接口使用角度来说也非常不便。
每次调用select，都需要把fd集合从用户态拷贝到内核态，这个开销在fd很多时会很大。
同时每次调用select都需要在内核遍历传递进来的所有fd，这个开销在fd很多时也很大。
select支持的文件描述符数量太小。

四：Select的简单示例

只检测标准输入:

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/select.h>
int main() {
	fd_set read_fds;
	FD_ZERO(&read_fds);
	FD_SET(0, &read_fds);
	for (;;) {
		printf("> ");
		fflush(stdout);
		int ret = select(1, &read_fds, NULL, NULL, NULL);
		if (ret < 0) {
			perror("select");
			continue;
		}
		if (FD_ISSET(0, &read_fds)) {
			char buf[1024] = { 0 };
			read(0, buf, sizeof(buf) - 1);
			printf("input: %s", buf);
		}
		else {
			printf("error! invaild fd\n");
			continue;
		}
		FD_ZERO(&read_fds);
		FD_SET(0, &read_fds);
	}
	return 0;
}