Linux中使用select
2015/07/12 23:31
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在Linux中,我們可以使用select函數實現I/O端口的復用,同時監視多個文件描述符變化,同時具備超時返回特點。
傳遞給 select函數的參數會告訴內核:
* 我們所關心的文件描述符
* 對每個描述符,我們所關心的狀態。(我們是要想從一個文件描述符中讀或者寫,還是關註一個描述符中是否出現異常)
* 我們要等待多長時間。(我們可以等待無限長的時間,等待固定的一段時間,或者根本就不等待)
從 select函數返回後,內核告訴我們一下信息:
* 對我們的要求已經做好準備的描述符的個數
* 對於三種條件哪些描述符已經做好準備.(讀,寫,異常)
有了這些返回信息,我們可以調用合適的I/O函數(通常是 read 或 write),並且這些函數不會再阻塞.
#include
int select(int maxfdp1, fd_set *readset, fd_set *writeset, fd_set *exceptset,struct timeval *timeout);
返回:
>0:就緒描述字的正數目
0:超時
-1:出錯
首先我們先看一下最後一個參數。它指明我們要等待的時間:
struct timeval{
long tv_sec; /*秒 */
long tv_usec; /*微秒 */
}
有三種情況:
timeout == NULL 等待無限長的時間。等待可以被一個信號中斷。當有一個描述符做好準備或者是捕獲到一個信號時函數會返回。如果捕獲到一個信號, select函數將返回 -1,並將變量 erro設為 EINTR。
timeout->tv_sec == 0 &&timeout->tv_usec == 0不等待,直接返回。加入描述符集的描述符都會被測試,並且返回滿足要求的描述符的個數。這種方法通過輪詢,無阻塞地獲得了多個文件描述符狀態。
timeout->tv_sec !=0 ||timeout->tv_usec!= 0 等待指定的時間。當有描述符符合條件或者超過超時時間的話,函數返回。在超時時間即將用完但又沒有描述符合條件的話,返回 0。對於第一種情況,等待也會被信號所中斷。
中間的三個參數 readset, writset, exceptset,指向描述符集。這些參數指明了我們關心哪些描述符,和需要滿足什麽條件(可寫,可讀,異常)。一個文件描述集保存在 fd_set 類型中。fd_set類型變量每一位代表了一個描述符。我們也可以認為它只是一個由很多二進制位構成的數組。
對於 fd_set類型的變量我們所能做的就是聲明一個變量,為變量賦一個同種類型變量的值,或者使用以下幾個宏來控制它
void FD_ZERO (fd_set *fdset); // clear all bits in fdset
void FD_SET (int fd,fd_set *fdset); // turn on the bit for fd in fdset
void FD_CLR (int fd,fd_set *fdset); // turn off the bit for fd in fdset
intFD_ISSET(int fd,fd_set *fdset); // is the bit for fd on in fdset
FD_ZERO宏將一個 fd_set類型變量的所有位都設為 0,使用FD_SET將變量的某個位置位。清除某個位時可以使用 FD_CLR,我們可以使用 FD_ISSET來測試某個位是否被置位。
具體解釋select的參數:
(1)intmaxfdp是一個整數值,是指集合中所有文件描述符的範圍,即所有文件描述符的最大值加1,不能錯。
說明:對於這個原理的解釋可以看上邊fd_set的詳細解釋,fd_set是以位圖的形式來存儲這些文件描述符。maxfdp也就是定義了位圖中有效的位的個數。
(2)fd_set*readfds是指向fd_set結構的指針,這個集合中應該包括文件描述符,我們是要監視這些文件描述符的讀變化的,即我們關心是否可以從這些文件中讀取數據了,如果這個集合中有一個文件可讀,select就會返回一個大於0的值,表示有文件可讀;如果沒有可讀的文件,則根據timeout參數再判斷是否超時,若超出timeout的時間,select返回0,若發生錯誤返回負值。可以傳入NULL值,表示不關心任何文件的讀變化。
(3)fd_set*writefds是指向fd_set結構的指針,這個集合中應該包括文件描述符,我們是要監視這些文件描述符的寫變化的,即我們關心是否可以向這些文件中寫入數據了,如果這個集合中有一個文件可寫,select就會返回一個大於0的值,表示有文件可寫,如果沒有可寫的文件,則根據timeout參數再判斷是否超時,若超出timeout的時間,select返回0,若發生錯誤返回負值。可以傳入NULL值,表示不關心任何文件的寫變化。
(4)fd_set*errorfds同上面兩個參數的意圖,用來監視文件錯誤異常文件。
(5)structtimeval* timeout是select的超時時間,這個參數至關重要,它可以使select處於三種狀態,第一,若將NULL以形參傳入,即不傳入時間結構,就是將select置於阻塞狀態,一定等到監視文件描述符集合中某個文件描述符發生變化為止;第二,若將時間值設為0秒0毫秒,就變成一個純粹的非阻塞函數,不管文件描述符是否有變化,都立刻返回繼續執行,文件無變化返回0,有變化返回一個正值;第三,timeout的值大於0,這就是等待的超時時間,即 select在timeout時間內阻塞,超時時間之內有事件到來就返回了,否則在超時後不管怎樣一定返回,返回值同上述。
說明:
函數返回:
(1)當監視的相應的文件描述符集中滿足條件時,比如說讀文件描述符集中有數據到來時,內核(I/O)根據狀態修改文件描述符集,並返回一個大於0的數。
(2)當沒有滿足條件的文件描述符,且設置的timeval監控時間超時時,select函數會返回一個為0的值。
(3)當select返回負值時,發生錯誤。
理解select模型:
理解select模型的關鍵在於理解fd_set,為說明方便,取fd_set長度為1字節,fd_set中的每一bit可以對應一個文件描述符fd。則1字節長的fd_set最大可以對應8個fd。
(1)執行fd_set set;FD_ZERO(&set);則set用位表示是0000,0000。
(2)若fd=5,執行FD_SET(fd,&set);後set變為0001,0000(第5位置為1)
(3)若再加入fd=2,fd=1,則set變為0001,0011
(4)執行select(6,&set,0,0,0)阻塞等待
(5)若fd=1,fd=2上都發生可讀事件,則select返回,此時set變為0000,0011。註意:沒有事件發生的fd=5被清空。
基於上面的討論,可以輕松得出select模型的特點:
(1)可監控的文件描述符個數取決與sizeof(fd_set)的值。我這邊服務器上sizeof(fd_set)=512,每bit表示一個文件描述符,則我服務器上支持的最大文件描述符是512*8=4096。據說可調,另有說雖然可調,但調整上限受於編譯內核時的變量值。
(2)將fd加入select監控集的同時,還要再使用一個數據結構array保存放到select監控集中的fd,一是用於再select返回後,array作為源數據和fd_set進行FD_ISSET判斷。二是select返回後會把以前加入的但並無事件發生的fd清空,則每次開始 select前都要重新從array取得fd逐一加入(FD_ZERO最先),掃描array的同時取得fd最大值maxfd,用於select的第一個參數。
(3)可見select模型必須在select前循環加fd,取maxfd,select返回後利用FD_ISSET判斷是否有事件發生。
利用select而不是fork來解決socket中的多客戶問題,例程如下。
服務器端
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
int server_sockfd, client_sockfd;
int server_len, client_len;
struct sockaddr_in server_address;
struct sockaddr_in client_address;
int result;
fd_set readfds, testfds;
server_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);//建立服務器端socket
server_address.sin_family = AF_INET;
server_address.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
server_address.sin_port = htons(9734);
server_len = sizeof(server_address);
bind(server_sockfd, (struct sockaddr *)&server_address, server_len);
listen(server_sockfd, 5);
FD_ZERO(&readfds);
FD_SET(server_sockfd, &readfds);//將服務器端socket加入到集合中
while(1)
{
char ch;
int fd;
int nread;
testfds = readfds;//將需要監視的描述符集copy到select查詢隊列中,select會對其修改,所以一定要分開使用變量
printf("server waiting/n");
/*無限期阻塞,並測試文件描述符變動 */
result = select(FD_SETSIZE, &testfds, (fd_set *)0,(fd_set *)0, (struct timeval *) 0);
if(result < 1)
{
perror("server5");
exit(1);
}
/*掃描所有的文件描述符*/
for(fd = 0; fd < FD_SETSIZE; fd++)
{
/*找到相關文件描述符*/
if(FD_ISSET(fd,&testfds))
{
/*判斷是否為服務器套接字,是則表示為客戶請求連接。*/
if(fd == server_sockfd)
{
client_len = sizeof(client_address);
client_sockfd = accept(server_sockfd,
(struct sockaddr *)&client_address, &client_len);
FD_SET(client_sockfd, &readfds);//將客戶端socket加入到集合中
printf("adding client on fd %d/n", client_sockfd);
}
/*客戶端socket中有數據請求時*/
else
{
ioctl(fd, FIONREAD, &nread);//取得數據量交給nread
/*客戶數據請求完畢,關閉套接字,從集合中清除相應描述符 */
if(nread == 0)
{
close(fd);
FD_CLR(fd, &readfds); //去掉關閉的fd
printf("removing client on fd %d/n", fd);
}
/*處理客戶數據請求*/
else
{
read(fd, &ch, 1);
sleep(5);
printf("serving client on fd %d/n", fd);
ch++;
write(fd, &ch, 1);
}
}
}
}
}
}
客戶端
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
int client_sockfd;
int len;
struct sockaddr_in address;//服務器端網絡地址結構體
int result;
char ch = 'A';
client_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);//建立客戶端socket
address.sin_family = AF_INET;
address.sin_addr.s_addr = inet_addr(“127.0.0.1”);
address.sin_port = 9734;
len = sizeof(address);
result = connect(client_sockfd, (struct sockaddr *)&address, len);
if(result == -1)
{
perror("oops: client2");
exit(1);
}
write(client_sockfd, &ch, 1);
read(client_sockfd, &ch, 1);
printf("char from server = %c/n", ch);
close(client_sockfd);
zexit(0);
}
傳遞給 select函數的參數會告訴內核:
* 我們所關心的文件描述符
* 對每個描述符,我們所關心的狀態。(我們是要想從一個文件描述符中讀或者寫,還是關註一個描述符中是否出現異常)
* 我們要等待多長時間。(我們可以等待無限長的時間,等待固定的一段時間,或者根本就不等待)
從 select函數返回後,內核告訴我們一下信息:
* 對我們的要求已經做好準備的描述符的個數
* 對於三種條件哪些描述符已經做好準備.(讀,寫,異常)
有了這些返回信息,我們可以調用合適的I/O函數(通常是 read 或 write),並且這些函數不會再阻塞.
#include
int select(int maxfdp1, fd_set *readset, fd_set *writeset, fd_set *exceptset,struct timeval *timeout);
返回:
>0:就緒描述字的正數目
0:超時
-1:出錯
首先我們先看一下最後一個參數。它指明我們要等待的時間:
struct timeval{
long tv_sec; /*秒 */
long tv_usec; /*微秒 */
}
有三種情況:
timeout == NULL 等待無限長的時間。等待可以被一個信號中斷。當有一個描述符做好準備或者是捕獲到一個信號時函數會返回。如果捕獲到一個信號, select函數將返回 -1,並將變量 erro設為 EINTR。
timeout->tv_sec == 0 &&timeout->tv_usec == 0不等待,直接返回。加入描述符集的描述符都會被測試,並且返回滿足要求的描述符的個數。這種方法通過輪詢,無阻塞地獲得了多個文件描述符狀態。
timeout->tv_sec !=0 ||timeout->tv_usec!= 0 等待指定的時間。當有描述符符合條件或者超過超時時間的話,函數返回。在超時時間即將用完但又沒有描述符合條件的話,返回 0。對於第一種情況,等待也會被信號所中斷。
中間的三個參數 readset, writset, exceptset,指向描述符集。這些參數指明了我們關心哪些描述符,和需要滿足什麽條件(可寫,可讀,異常)。一個文件描述集保存在 fd_set 類型中。fd_set類型變量每一位代表了一個描述符。我們也可以認為它只是一個由很多二進制位構成的數組。
對於 fd_set類型的變量我們所能做的就是聲明一個變量,為變量賦一個同種類型變量的值,或者使用以下幾個宏來控制它
void FD_ZERO (fd_set *fdset); // clear all bits in fdset
void FD_SET (int fd,fd_set *fdset); // turn on the bit for fd in fdset
void FD_CLR (int fd,fd_set *fdset); // turn off the bit for fd in fdset
intFD_ISSET(int fd,fd_set *fdset); // is the bit for fd on in fdset
FD_ZERO宏將一個 fd_set類型變量的所有位都設為 0,使用FD_SET將變量的某個位置位。清除某個位時可以使用 FD_CLR,我們可以使用 FD_ISSET來測試某個位是否被置位。
具體解釋select的參數:
(1)intmaxfdp是一個整數值,是指集合中所有文件描述符的範圍,即所有文件描述符的最大值加1,不能錯。
說明:對於這個原理的解釋可以看上邊fd_set的詳細解釋,fd_set是以位圖的形式來存儲這些文件描述符。maxfdp也就是定義了位圖中有效的位的個數。
(2)fd_set*readfds是指向fd_set結構的指針,這個集合中應該包括文件描述符,我們是要監視這些文件描述符的讀變化的,即我們關心是否可以從這些文件中讀取數據了,如果這個集合中有一個文件可讀,select就會返回一個大於0的值,表示有文件可讀;如果沒有可讀的文件,則根據timeout參數再判斷是否超時,若超出timeout的時間,select返回0,若發生錯誤返回負值。可以傳入NULL值,表示不關心任何文件的讀變化。
(3)fd_set*writefds是指向fd_set結構的指針,這個集合中應該包括文件描述符,我們是要監視這些文件描述符的寫變化的,即我們關心是否可以向這些文件中寫入數據了,如果這個集合中有一個文件可寫,select就會返回一個大於0的值,表示有文件可寫,如果沒有可寫的文件,則根據timeout參數再判斷是否超時,若超出timeout的時間,select返回0,若發生錯誤返回負值。可以傳入NULL值,表示不關心任何文件的寫變化。
(4)fd_set*errorfds同上面兩個參數的意圖,用來監視文件錯誤異常文件。
(5)structtimeval* timeout是select的超時時間,這個參數至關重要,它可以使select處於三種狀態,第一,若將NULL以形參傳入,即不傳入時間結構,就是將select置於阻塞狀態,一定等到監視文件描述符集合中某個文件描述符發生變化為止;第二,若將時間值設為0秒0毫秒,就變成一個純粹的非阻塞函數,不管文件描述符是否有變化,都立刻返回繼續執行,文件無變化返回0,有變化返回一個正值;第三,timeout的值大於0,這就是等待的超時時間,即 select在timeout時間內阻塞,超時時間之內有事件到來就返回了,否則在超時後不管怎樣一定返回,返回值同上述。
說明:
函數返回:
(1)當監視的相應的文件描述符集中滿足條件時,比如說讀文件描述符集中有數據到來時,內核(I/O)根據狀態修改文件描述符集,並返回一個大於0的數。
(2)當沒有滿足條件的文件描述符,且設置的timeval監控時間超時時,select函數會返回一個為0的值。
(3)當select返回負值時,發生錯誤。
理解select模型:
理解select模型的關鍵在於理解fd_set,為說明方便,取fd_set長度為1字節,fd_set中的每一bit可以對應一個文件描述符fd。則1字節長的fd_set最大可以對應8個fd。
(1)執行fd_set set;FD_ZERO(&set);則set用位表示是0000,0000。
(2)若fd=5,執行FD_SET(fd,&set);後set變為0001,0000(第5位置為1)
(3)若再加入fd=2,fd=1,則set變為0001,0011
(4)執行select(6,&set,0,0,0)阻塞等待
(5)若fd=1,fd=2上都發生可讀事件,則select返回,此時set變為0000,0011。註意:沒有事件發生的fd=5被清空。
基於上面的討論,可以輕松得出select模型的特點:
(1)可監控的文件描述符個數取決與sizeof(fd_set)的值。我這邊服務器上sizeof(fd_set)=512,每bit表示一個文件描述符,則我服務器上支持的最大文件描述符是512*8=4096。據說可調,另有說雖然可調,但調整上限受於編譯內核時的變量值。
(2)將fd加入select監控集的同時,還要再使用一個數據結構array保存放到select監控集中的fd,一是用於再select返回後,array作為源數據和fd_set進行FD_ISSET判斷。二是select返回後會把以前加入的但並無事件發生的fd清空,則每次開始 select前都要重新從array取得fd逐一加入(FD_ZERO最先),掃描array的同時取得fd最大值maxfd,用於select的第一個參數。
(3)可見select模型必須在select前循環加fd,取maxfd,select返回後利用FD_ISSET判斷是否有事件發生。
利用select而不是fork來解決socket中的多客戶問題,例程如下。
服務器端
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
int server_sockfd, client_sockfd;
int server_len, client_len;
struct sockaddr_in server_address;
struct sockaddr_in client_address;
int result;
fd_set readfds, testfds;
server_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);//建立服務器端socket
server_address.sin_family = AF_INET;
server_address.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
server_address.sin_port = htons(9734);
server_len = sizeof(server_address);
bind(server_sockfd, (struct sockaddr *)&server_address, server_len);
listen(server_sockfd, 5);
FD_ZERO(&readfds);
FD_SET(server_sockfd, &readfds);//將服務器端socket加入到集合中
while(1)
{
char ch;
int fd;
int nread;
testfds = readfds;//將需要監視的描述符集copy到select查詢隊列中,select會對其修改,所以一定要分開使用變量
printf("server waiting/n");
/*無限期阻塞,並測試文件描述符變動 */
result = select(FD_SETSIZE, &testfds, (fd_set *)0,(fd_set *)0, (struct timeval *) 0);
if(result < 1)
{
perror("server5");
exit(1);
}
/*掃描所有的文件描述符*/
for(fd = 0; fd < FD_SETSIZE; fd++)
{
/*找到相關文件描述符*/
if(FD_ISSET(fd,&testfds))
{
/*判斷是否為服務器套接字,是則表示為客戶請求連接。*/
if(fd == server_sockfd)
{
client_len = sizeof(client_address);
client_sockfd = accept(server_sockfd,
(struct sockaddr *)&client_address, &client_len);
FD_SET(client_sockfd, &readfds);//將客戶端socket加入到集合中
printf("adding client on fd %d/n", client_sockfd);
}
/*客戶端socket中有數據請求時*/
else
{
ioctl(fd, FIONREAD, &nread);//取得數據量交給nread
/*客戶數據請求完畢,關閉套接字,從集合中清除相應描述符 */
if(nread == 0)
{
close(fd);
FD_CLR(fd, &readfds); //去掉關閉的fd
printf("removing client on fd %d/n", fd);
}
/*處理客戶數據請求*/
else
{
read(fd, &ch, 1);
sleep(5);
printf("serving client on fd %d/n", fd);
ch++;
write(fd, &ch, 1);
}
}
}
}
}
}
客戶端
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
int client_sockfd;
int len;
struct sockaddr_in address;//服務器端網絡地址結構體
int result;
char ch = 'A';
client_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);//建立客戶端socket
address.sin_family = AF_INET;
address.sin_addr.s_addr = inet_addr(“127.0.0.1”);
address.sin_port = 9734;
len = sizeof(address);
result = connect(client_sockfd, (struct sockaddr *)&address, len);
if(result == -1)
{
perror("oops: client2");
exit(1);
}
write(client_sockfd, &ch, 1);
read(client_sockfd, &ch, 1);
printf("char from server = %c/n", ch);
close(client_sockfd);
zexit(0);
}
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