IO多路复用之select总结

1、基本概念

  IO多路复用是指内核一旦发现进程指定的一个或者多个IO条件准备读取,它就通知该进程。IO多路复用适用如下场合:

  (1)当客户处理多个描述字时(一般是交互式输入和网络套接口),必须使用I/O复用。

  (2)当一个客户同时处理多个套接口时,而这种情况是可能的,但很少出现。

  (3)如果一个TCP服务器既要处理监听套接口,又要处理已连接套接口,一般也要用到I/O复用。

  (4)如果一个服务器即要处理TCP,又要处理UDP,一般要使用I/O复用。

  (5)如果一个服务器要处理多个服务或多个协议,一般要使用I/O复用。

  与多进程和多线程技术相比,I/O多路复用技术的最大优势是系统开销小,系统不必创建进程/线程,也不必维护这些进程/线程,从而大大减小了系统的开销。

2、select函数

  该函数准许进程指示内核等待多个事件中的任何一个发送,并只在有一个或多个事件发生或经历一段指定的时间后才唤醒。函数原型如下:

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

int select(int maxfdp1,fd_set *readset,fd_set *writeset,fd_set *exceptset,const struct timeval *timeout)
返回值:就绪描述符的数目,超时返回0,出错返回-1

函数参数介绍如下:

(1)第一个参数maxfdp1指定待测试的描述字个数,它的值是待测试的最大描述字加1(因此把该参数命名为maxfdp1),描述字0、1、2...maxfdp1-1均将被测试。

因为文件描述符是从0开始的。

(2)中间的三个参数readset、writeset和exceptset指定我们要让内核测试读、写和异常条件的描述字。如果对某一个的条件不感兴趣,就可以把它设为空指针。struct fd_set可以理解为一个集合,这个集合中存放的是文件描述符,可通过以下四个宏进行设置:

          void FD_ZERO(fd_set *fdset);           //清空集合

          void FD_SET(int fd, fd_set *fdset);   //将一个给定的文件描述符加入集合之中

          void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);   //将一个给定的文件描述符从集合中删除

          int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);   // 检查集合中指定的文件描述符是否可以读写 

(3)timeout告知内核等待所指定描述字中的任何一个就绪可花多少时间。其timeval结构用于指定这段时间的秒数和微秒数。

         struct timeval{

                   long tv_sec;   //seconds

                   long tv_usec;  //microseconds

       };

这个参数有三种可能:

(1)永远等待下去:仅在有一个描述字准备好I/O时才返回。为此,把该参数设置为空指针NULL。

(2)等待一段固定时间:在有一个描述字准备好I/O时返回,但是不超过由该参数所指向的timeval结构中指定的秒数和微秒数。

(3)根本不等待:检查描述字后立即返回,这称为轮询。为此,该参数必须指向一个timeval结构,而且其中的定时器值必须为0。

 原理图:

3、测试程序

  写一个TCP回射程序,程序的功能是:客户端向服务器发送信息,服务器接收并原样发送给客户端,客户端显示出接收到的信息。

服务端程序如下:

  1 #include <stdio.h>
  2 #include <stdlib.h>
  3 #include <string.h>
  4 #include <errno.h>
  5 #include <netinet/in.h>
  6 #include <sys/socket.h>
  7 #include <sys/select.h>
  8 #include <sys/types.h>
  9 #include <netinet/in.h>
 10 #include <arpa/inet.h>
 11 #include <unistd.h>
 12 #include <assert.h>
 13 
 14 #define IPADDR      "127.0.0.1"
 15 #define PORT        8787
 16 #define MAXLINE     1024
 17 #define LISTENQ     5
 18 #define SIZE        10
 19 
 20 typedef struct server_context_st
 21 {
 22     int cli_cnt;        /*客户端个数*/
 23     int clifds[SIZE];   /*客户端的个数*/
 24     fd_set allfds;      /*句柄集合*/
 25     int maxfd;          /*句柄最大值*/
 26 } server_context_st;
 27 static server_context_st *s_srv_ctx = NULL;
 28 /*===========================================================================
 29  * ==========================================================================*/
 30 static int create_server_proc(const char* ip,int port)
 31 {
 32     int  fd;
 33     struct sockaddr_in servaddr;
 34     fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0);
 35     if (fd == -1) {
 36         fprintf(stderr, "create socket fail,erron:%d,reason:%s\n",
 37                 errno, strerror(errno));
 38         return -1;
 39     }
 40 
 41     /*一个端口释放后会等待两分钟之后才能再被使用,SO_REUSEADDR是让端口释放后立即就可以被再次使用。*/
 42     int reuse = 1;
 43     if (setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse)) == -1) {
 44         return -1;
 45     }
 46 
 47     bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
 48     servaddr.sin_family = AF_INET;
 49     inet_pton(AF_INET,ip,&servaddr.sin_addr);
 50     servaddr.sin_port = htons(port);
 51 
 52     if (bind(fd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) == -1) {
 53         perror("bind error: ");
 54         return -1;
 55     }
 56 
 57     listen(fd,LISTENQ);
 58 
 59     return fd;
 60 }
 61 
 62 static int accept_client_proc(int srvfd)
 63 {
 64     struct sockaddr_in cliaddr;
 65     socklen_t cliaddrlen;
 66     cliaddrlen = sizeof(cliaddr);
 67     int clifd = -1;
 68 
 69     printf("accpet clint proc is called.\n");
 70 
 71 ACCEPT:
 72     clifd = accept(srvfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&cliaddrlen);
 73 
 74     if (clifd == -1) {
 75         if (errno == EINTR) {
 76             goto ACCEPT;
 77         } else {
 78             fprintf(stderr, "accept fail,error:%s\n", strerror(errno));
 79             return -1;
 80         }
 81     }
 82 
 83     fprintf(stdout, "accept a new client: %s:%d\n",
 84             inet_ntoa(cliaddr.sin_addr),cliaddr.sin_port);
 85 
 86     //将新的连接描述符添加到数组中
 87     int i = 0;
 88     for (i = 0; i < SIZE; i++) {
 89         if (s_srv_ctx->clifds[i] < 0) {
 90             s_srv_ctx->clifds[i] = clifd;
 91             s_srv_ctx->cli_cnt++;
 92             break;
 93         }
 94     }
 95 
 96     if (i == SIZE) {
 97         fprintf(stderr,"too many clients.\n");
 98         return -1;
 99     }
100
101 }
102 
103 static int handle_client_msg(int fd, char *buf) 
104 {
105     assert(buf);
106     printf("recv buf is :%s\n", buf);
107     write(fd, buf, strlen(buf) +1);
108     return 0;
109 }
110 
111 static void recv_client_msg(fd_set *readfds)
112 {
113     int i = 0, n = 0;
114     int clifd;
115     char buf[MAXLINE] = {0};
116     for (i = 0;i <= s_srv_ctx->cli_cnt;i++) {
117         clifd = s_srv_ctx->clifds[i];
118         if (clifd < 0) {
119             continue;
120         }
121         /*判断客户端套接字是否有数据*/
122         if (FD_ISSET(clifd, readfds)) {
123             //接收客户端发送的信息
124             n = read(clifd, buf, MAXLINE);
125             if (n <= 0) {
126                 /*n==0表示读取完成,客户都关闭套接字*/
127                 FD_CLR(clifd, &s_srv_ctx->allfds);
128                 close(clifd);
129                 s_srv_ctx->clifds[i] = -1;
130                 continue;
131             }
132             handle_client_msg(clifd, buf);
133         }
134     }
135 }
136 static void handle_client_proc(int srvfd)
137 {
138     int  clifd = -1;
139     int  retval = 0;
140     fd_set *readfds = &s_srv_ctx->allfds;
141     struct timeval tv;
142     int i = 0;
143 
144     while (1) {
145         /*每次调用select前都要重新设置文件描述符和时间,因为事件发生后,文件描述符和时间都被内核修改啦*/
146         FD_ZERO(readfds);
147         /*添加监听套接字*/
148         FD_SET(srvfd, readfds);
149         s_srv_ctx->maxfd = srvfd;
150 
151         tv.tv_sec = 30;
152         tv.tv_usec = 0;
153         /*添加客户端套接字*/
154         for (i = 0; i < s_srv_ctx->cli_cnt; i++) {
155             clifd = s_srv_ctx->clifds[i];
156             /*去除无效的客户端句柄*/
157             if (clifd != -1) {
158                 FD_SET(clifd, readfds);
159             }
160             s_srv_ctx->maxfd = (clifd > s_srv_ctx->maxfd ? clifd : s_srv_ctx->maxfd);
161         }
162 
163         /*开始轮询接收处理服务端和客户端套接字*/
164         retval = select(s_srv_ctx->maxfd + 1, readfds, NULL, NULL, &tv);
165         if (retval == -1) {
166             fprintf(stderr, "select error:%s.\n", strerror(errno));
167             return;
168         }
169         if (retval == 0) {
170             fprintf(stdout, "select is timeout.\n");
171             continue;
172         }
173         if (FD_ISSET(srvfd, readfds)) {
174             /*监听客户端请求*/
175             accept_client_proc(srvfd);
176         } else {
177             /*接受处理客户端消息*/
178             recv_client_msg(readfds);
179         }
180     }
181 }
182 
183 static void server_uninit()
184 {
185     if (s_srv_ctx) {
186         free(s_srv_ctx);
187         s_srv_ctx = NULL;
188     }
189 }
190 
191 static int server_init()
192 {
193     s_srv_ctx = (server_context_st *)malloc(sizeof(server_context_st));
194     if (s_srv_ctx == NULL) {
195         return -1;
196     }
197 
198     memset(s_srv_ctx, 0, sizeof(server_context_st));
199 
200     int i = 0;
201     for (;i < SIZE; i++) {
202         s_srv_ctx->clifds[i] = -1;
203     }
204 
205     return 0;
206 }
207 
208 int main(int argc,char *argv[])
209 {
210     int  srvfd;
211     /*初始化服务端context*/
212     if (server_init() < 0) {
213         return -1;
214     }
215     /*创建服务,开始监听客户端请求*/
216     srvfd = create_server_proc(IPADDR, PORT);
217     if (srvfd < 0) {
218         fprintf(stderr, "socket create or bind fail.\n");
219         goto err;
220     }
221     /*开始接收并处理客户端请求*/
222     handle_client_proc(srvfd);
223     server_uninit();
224     return 0;
225 err:
226     server_uninit();
227     return -1;
228 }

客户端程序如下:

 1 #include <netinet/in.h>
 2 #include <sys/socket.h>
 3 #include <stdio.h>
 4 #include <string.h>
 5 #include <stdlib.h>
 6 #include <sys/select.h>
 7 #include <time.h>
 8 #include <unistd.h>
 9 #include <sys/types.h>
10 #include <errno.h>
11 
12 #define MAXLINE 1024
13 #define IPADDRESS "127.0.0.1"
14 #define SERV_PORT 8787
15 
16 #define max(a,b) (a > b) ? a : b
17 
18 static void handle_recv_msg(int sockfd, char *buf) 
19 {
20 printf("client recv msg is:%s\n", buf);
21 sleep(5);
22 write(sockfd, buf, strlen(buf) +1);
23 }
24 
25 static void handle_connection(int sockfd)
26 {
27 char sendline[MAXLINE],recvline[MAXLINE];
28 int maxfdp,stdineof;
29 fd_set readfds;
30 int n;
31 struct timeval tv;
32 int retval = 0;
33 
34 while (1) {
35 
36 FD_ZERO(&readfds);
37 FD_SET(sockfd,&readfds);
38 maxfdp = sockfd;
39 
40 tv.tv_sec = 5;
41 tv.tv_usec = 0;
42 
43 retval = select(maxfdp+1,&readfds,NULL,NULL,&tv);
44 
45 if (retval == -1) {
46 return ;
47 }
48 
49 if (retval == 0) {
50 printf("client timeout.\n");
51 continue;
52 }
53 
54 if (FD_ISSET(sockfd, &readfds)) {
55 n = read(sockfd,recvline,MAXLINE);
56 if (n <= 0) {
57 fprintf(stderr,"client: server is closed.\n");
58 close(sockfd);
59 FD_CLR(sockfd,&readfds);
60 return;
61 }
62 
63 handle_recv_msg(sockfd, recvline);
64 }
65 }
66 }
67 
68 int main(int argc,char *argv[])
69 {
70 int sockfd;
71 struct sockaddr_in servaddr;
72 
73 sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
74 
75 bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
76 servaddr.sin_family = AF_INET;
77 servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
78 inet_pton(AF_INET,IPADDRESS,&servaddr.sin_addr);
79 
80 int retval = 0;
81 retval = connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));
82 if (retval < 0) {
83 fprintf(stderr, "connect fail,error:%s\n", strerror(errno));
84 return -1;
85 }
86 
87 printf("client send to server .\n");
88 write(sockfd, "hello server", 32);
89 
90 handle_connection(sockfd);
91 
92 return 0;
93 }

 

4、程序结果

  启动服务程序,执行三个个客户程序进行测试,结果如下图所示:

参考:

http://konglingchun.is-programmer.com/posts/12146.html

http://blog.163.com/smileface100@126/blog/static/27720874200951024532966/

备注:

(1)2016-10-23修改服务端,添加注释,非法客户端的处理。

posted @ 2013-08-14 23:07 Anker's Blog 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏