UNP学习笔记之四-select和poll
对于I/O操作，有以下几种模型：
1、阻塞I/O(Blocking I/O):udp协议中的recvfrom在接受数据时进行等待就是使用此模型。
2.非阻塞I/O：recvfrom不阻塞，在数据未准备好时返回错误。
3.I/O复用：select和poll，轮询描述符是否准备好，如果准备好了就调用recvfrom获取数据。select可以同时监听多个描述符，但是受限于系统分配的描述符大小。
4.信号驱动I/O：使用sigaction注册一个信号回调函数，在数据准备好的时候回调该函数。
5.异步I/O：POSIX中进行了定义，异步I/O是在所有的数据读取操作进行完成后异步通过信号通知给程序。
5种不同的I/O模型的纵向对比：
接下来说我们的主角，select和poll，先说select：
select定义如下：
#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);
Returns: positive count of ready descriptors, 0 on timeout, –1 on error
第一个参数表示检测的描述符中最大的个数，一般的取值是最大的描述符的值再加上1，max fd plus 1.中间3个参数分别表示需要监听的读，写，错误的描述符集合。为空则表示不感兴趣。如果3个都为空，则可以用来作为sleep函数，精度可以控制到毫秒，因为最后一个参数struct timeval可以表示到毫秒。
select的返回值>0表示准备好的描述符的个数，但是具体是哪几个描述符准备好，则需要使用FD_ISSET去判断。
以下4种情况socket准备好读取数据：
1、socket接受缓冲区的数据大小大于或者等于socket接受缓冲区定义的最小接受长度，可以使用SO_RCVLOWAT选项设置最小接受长度，tcp和udp默认的长度均为1.
2、连接的一方已经关闭连接。read操作不会阻塞且立即返回0.
3、socket是一个监听socket时，对应的完成连接数>0,这个socket对应的accept函数不会被阻塞。
4、socket产生错误时，read操作不会阻塞且返回-1.
以下4种情况socket准备好写数据：
1、socket发送缓冲区大小大于或者等于socket发送缓冲区定义的最小发送长度，并且具备以下条件：（1）socket已经连接。（2）socket不需要连接（udp）。如果我们设置socket为非阻塞，write操作不会阻塞且立即返回一个正值。使用SO_SNDLOWAT可以设置最小发送长度。默认大小为2048（udp和tcp）
2、连接的一方已经关闭。write操作会产生SIGPIPE.
3、使用非阻塞的connect函数已经完成或者connect函数失败。
4、socket产生错误。
close有两个限制可由函数shutdown来避免:
close将描述字的访问计数减1，仅在此计数为0时才关闭套接口
shutdown可激发TCP的正常连接终止序列, 而不管访问计数。
close终止了数据传送的两个方向：读和写。
shutdown终止的数据传送的两个方向：读和写, 或其中任一方向：读或写
定义：
int shutdown( int sockfd, int howto) ;
howto选项:
SHUT_RD 关闭连接的读一半
SHUT_WR 关闭连接的写这一半
SHUT_RDWR 关闭连接读读和写
我们来看看一个进程使用select来处理并发的情况：
#include "unp.h"
int main(int argc, char **argv)
{
int i, maxi, maxfd, listenfd, connfd, sockfd;
int nready, client[FD_SETSIZE];
ssize_t n;
fd_set rset, allset;
char buf[MAXLINE];
socklen_t clilen;
struct sockaddr_in cliaddr, servaddr;
listenfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
Bind(listenfd, (SA *) &servaddr, sizeof(servaddr));
Listen(listenfd, LISTENQ);
maxfd = listenfd; //首先把监听fd加入到select中
maxi = -1; //表示最大的可用接入fd的下标
for (i = 0; i < FD_SETSIZE; i++)
client[i] = -1; //接入fd的数组集合，-1表示未使用
FD_ZERO(&allset);
FD_SET(listenfd, &allset); //加入监听fd到select中
for ( ; ; ) {
rset = allset;
nready = Select(maxfd+1, &rset, NULL, NULL, NULL);//注册select，只注册了可读集合，并且非阻塞
if (FD_ISSET(listenfd, &rset)) { //如果监听fd准备好，则新分配一个接入fd
clilen = sizeof(cliaddr);
connfd = Accept(listenfd, (SA *) &cliaddr, &clilen);
#ifdef NOTDEF
printf("new client: %s, port %d\n",
Inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr, 4, NULL),
ntohs(cliaddr.sin_port));
#endif
for (i = 0; i < FD_SETSIZE; i++)
if (client[i] < 0) {
client[i] = connfd; //加入到接入fd数组中
break;
}
if (i == FD_SETSIZE)//如果接入fd数组不存在-1的index，则表示已经接入过多的连接
err_quit("too many clients");
FD_SET(connfd, &allset); //把最新的接入fd加入select中
if (connfd > maxfd)
maxfd = connfd; //更新max fd
if (i > maxi)
maxi = i; //更新最大的可用index
if (--nready <= 0)
continue; //如果nready只是等于1，则表明只有一个链接。
}
for (i = 0; i <= maxi; i++) { //查询所有可用的接入fd，处理数据
if ( (sockfd = client[i]) < 0)
continue;
if (FD_ISSET(sockfd, &rset)) {
if ( (n = Read(sockfd, buf, MAXLINE)) == 0) {
Close(sockfd);
FD_CLR(sockfd, &allset);
client[i] = -1;
} else
Writen(sockfd, buf, n);
if (--nready <= 0)
break; //如果nready只是等于1，则表明只有一个链接。
}
}
}
}
不过这样的程序会存在Dos攻击，链接阻塞在read，防止dos攻击的方法是使用非阻塞io，或者使用另外的进程和线程处理逻辑，设置超时等。
接下来我们看看poll，定义如下：
#include <poll.h>
int poll (struct pollfd *fdarray, unsigned long nfds, int timeout);
poll函数的第一个参数是指向名为pollfd的结构体指针。pollfd结构体定义如下：
struct pollfd {
int fd; /* descriptor to check */
short events; /* events of interest on fd */
short revents; /* events that occurred on fd */
};
pollfd里面，events表示等待的事件，revents表示实际发生的事件。根据结果可以做不同的处理。下表是poll的事件定义：
poll的第二个参数表示fdarray的个数，第三个参数是超时时间，单位是毫秒。
poll的例子与select基本类似，这里就不多说，具体参见unp。
最后说poll比select优秀的地方：
（1）不再有fd个数的上限限制，可以将参数ufds想象成栈低指针，nfds是栈中元素个数，该栈可以无限制增长
（2）引入pollfd结构，将fd信息、需要监控的事件、返回的事件分开保存，则poll返回后不会丢失fd信息和需要监控的事件信息，也就省略了select模型中前面的循环操作，返回后的循环仍然不可避免。另每次poll阻塞操作都会自动把上次的revents清空。
以下是在学习过程中找到的一些好的文章和讨论:
http://bbs3.chinaunix.net/thread-1283223-1-1.html
http://linux.chinaunix.net/techdoc/develop/2008/09/27/1034861.shtml
http://blog.csdn.net/pmunix/archive/2008/01/13/2041512.aspx
http://www.cs.uwaterloo.ca/~brecht/theses/Ostrowski-MMath.pdf
