Linux select I/O 复用

用途

在处理多个socket套接字的时候，会很自然的遇到一个问题：某个套接字什么时候可读？什么时候可写？哪些套接字是需要关闭的？我们可以回忆一下，一般我们在最开始编写socket程序的时候，send，recv都是同步的，send完后就傻等着recv。这种模式的一个很大的问题是，recv会占用一整个线程，单个线程里没法处理第二个socket。怎么办呢？加线程，每个socket分配一个线程？显然不合适，1000个客户端难道要1000个线程么。select提供了一种方式同时监控多个套接字，执行过程大致为：首先将感兴趣的套接字加入到select的集合中，select函数执行，监控这些个套接字，当其中有套接字产生了事件（可读，可写，异常）或者select超时后，select返回告知调用者，哪些个套接字发送了事件，调用者就对发生了事件的套接字挨个处理，然后继续执行select函数，下个循环开始。

通过这样的一种方式，在同一个线程里面就实现了对多个套接字的读写操作。当然需要注意的是，select调用针对的是文件描述符，不管是socket，pipe，file都是可以被select监控的。

函数说明

#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

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

void FD_CLR(int fd, fd_set *set);
int  FD_ISSET(int fd, fd_set *set);
void FD_SET(int fd, fd_set *set);
void FD_ZERO(fd_set *set);

当前linux下selet的每个fd_set最多可以监控1024个文件描述符

参数

• nfds 要监听的所有的文件描述符中最大值 + 1
• readfds 要监听其读事件的文件描述符集合
• writefds 要监听其写事件的文件描述符集合
• exceptfds 要监听其异常事件的文件描述符集合（比如socket的带外数据就会引起exceptfds事件）
• timeout 超时时间结构，指定为NULL表示一直阻塞，否则就阻塞指定的时间。

返回值

• -1 出错
• = 超时
• >0 某些套接字产生事件

使用

假设对于一个文件描述符fd，我们想监控其读事件，就将加入到读监控集合中。

fd_set read_set;
FD_ZERO(&read_set);
FD_SET(fd, &read_set);

select(maxFd +1, &read_set, NULL, NULL, NULL)

同理，对于写事件，异常事件也是一样的处理方式。

当select调用返回后，如果select返回>0 则可以对指定的文件描述符进行操作。

if (FD_ISSET(fd, &read_set)) {
    recv(fd)
}

在程序设计中，一般将select结合while使用。

参考

• Linux Programmer's mannual
• 《Linux 高性能服务器编程》
• http://www.cnblogs.com/c-slmax/p/5553857.html

实例

使用select构建的一个tcp echo程序，程序可以接受多个客户端的链接，并将客户端发送过来的字符串发送回去。

测试

测试环境：CentOS7.1

server端截图：



cleint1截图：



cleint2截图：

代码

/* author: bymzy
 * 2017/2/12
 * */

#include <sys/select.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <errno.h>
#include <stdio.h>
#include <strings.h>
#include <stdlib.h>

#define PORT 3333
#define IP "127.0.0.1"
#define BACKLOG 5
#define BUFSIZE 1025

void SetFDSet(int *clientFd, int listenFd, fd_set *read, fd_set *except, int *maxFd)
{
    int i = listenFd + 1;
    FD_ZERO(read);
    FD_ZERO(except);

    for (;i <= *maxFd; ++i) {
        if (clientFd[i] != 0) {
            FD_SET(clientFd[i], read);
            FD_SET(clientFd[i], except);
        }
    }
}

void CheckFDSet(int *clientFd, int listenFd, fd_set *read, fd_set *except, int *maxFd)
{
    int i = listenFd + 1;
    int tempMaxFd = *maxFd;
    char buf[1024];
    int recved = 0;
    bool needClose = false;

    bzero(buf, 1024);
    for (;i <= tempMaxFd; ++i) {
        bzero(buf, recved);
        if (FD_ISSET(clientFd[i], read)) {
            recved = recv(clientFd[i], buf, BUFSIZE -1 , 0);
            if (recved <= 0) {
                perror("Recv error");
                close(clientFd[i]);
                if (i == tempMaxFd) {
                    *maxFd = -1;
                }
                clientFd[i] = 0;
                continue;
            }
            printf("Recv: %s \n", buf);
            send(clientFd[i], buf, recved, 0);
        }

        bzero(buf, recved);
        if (FD_ISSET(clientFd[i], except)) {
            recved = recv(clientFd[i], buf, BUFSIZE - 1, MSG_OOB);
            if (recved <= 0) {
                perror("Recv error");
                close(clientFd[i]);
                if (i == tempMaxFd) {
                    *maxFd = -1;
                }
                clientFd[i] = 0;
                continue;
            }
            printf("OOB: %s \n", buf);
            send(clientFd[i], buf, recved, MSG_OOB);
        }
    }
}

void ChooseMaxFd(int *clientFd, int listenFd, int total, int *maxFd)
{
    int i = listenFd;
    for (;i < total; ++i) {
        if(clientFd[i] != 0) {
            *maxFd = clientFd[i];
        }
    }
}

void CloseFd(int *clientFd, int listenFd, int total)
{
    int i = listenFd + 1;
    for (;i < total; ++i) {
        if(clientFd[i] != 0) {
            close(clientFd[i]);
            clientFd[i] = 0;
        }
    }

}

int main(int argc, char* argv[])
{
    int err = 0;
    int listenFd = -1;

    do {
        listenFd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
        if (listenFd < 0) {
            err = errno;
            perror("Create listen socket failed");
            break;
        }

        struct sockaddr_in bindaddr;
        bzero(&bindaddr, 0);
        bindaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP);
        bindaddr.sin_port = htons(PORT);
        bindaddr.sin_family = AF_INET;
        socklen_t socklen = sizeof(bindaddr);
        int reuse = 1;

        setsockopt(listenFd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse));

        err = bind(listenFd, (sockaddr*)&bindaddr, socklen);
        if (err != 0) {
            err = errno;
            perror("Listen socket bind failed!");
            break;
        }

        err = listen(listenFd, BACKLOG);
        if (err != 0) {
            err = errno;
            perror("Listen socket listen failed!");
            break;
        }

        /* use select read data */
        fd_set read_set;
        fd_set exception_set;
        struct timeval tv;
        tv.tv_sec = 5;
        tv.tv_usec = 0;

        int *clientFd = (int*)malloc(sizeof(int) * (FD_SETSIZE + listenFd + 1));
        clientFd[listenFd] = listenFd;
        int maxFd = -1;
        while (1) {
            if (maxFd == -1) {
                ChooseMaxFd(clientFd, listenFd, FD_SETSIZE + listenFd + 1, &maxFd);
            }

            SetFDSet(clientFd, listenFd, &read_set, &exception_set, &maxFd);

            if (maxFd != (FD_SETSIZE + listenFd)) {
                FD_SET(listenFd, &read_set);
            }

            tv.tv_sec = 5;
            tv.tv_usec = 0;

            err = select(maxFd + 1, &read_set, NULL, &exception_set, &tv);
            if (err < 0) {
                perror("Select failed");
                err = errno;
                break;
            } else if (err == 0) {
                printf("Select timeout!\n");
            } else {
                if (FD_ISSET(listenFd, &read_set)) {
                    struct sockaddr_in clientaddr;
                    socklen_t clientlen;
                    int tempFd= -1;
                    tempFd = accept(listenFd, (sockaddr*)&clientaddr, &clientlen);
                    if (tempFd < 0) {
                        err = errno;
                        perror("accept failed!");
                        break;
                    }

                    clientFd[tempFd] = tempFd;
                    if (tempFd > maxFd) {
                        maxFd = tempFd;
                    }
                    printf("Accept client fd: %d\n", tempFd);
                }

                CheckFDSet(clientFd, listenFd, &read_set, &exception_set, &maxFd);
            }
        }

        CloseFd(clientFd, listenFd, FD_SETSIZE + listenFd + 1);
        free(clientFd);

    } while(0);

    if (listenFd != -1) {
        close(listenFd);
        listenFd = -1;
    }

    return err;
}