select模型的原理、优点、缺点

关于I/O多路复用：

I/O多路复用(又被称为“事件驱动”)，首先要理解的是，操作系统为你提供了一个功能，当你的某个socket可读或者可写的时候，它可以给你一 个通知。这样当配合非阻塞的socket使用时，只有当系统通知我哪个描述符可读了，我才去执行read操作，可以保证每次read都能读到有效数据而不 做纯返回-1和EAGAIN的无用功。写操作类似。操作系统的这个功能通过select/poll/epoll之类的系统调用来实现，这些函数都可以同时 监视多个描述符的读写就绪状况，这样，**多个描述符的I/O操作都能在一个线程内并发交替地顺序完成，这就叫I/O多路复用，这里的“复用”指的是复用 同一个线程。

I/O复用之select

1、介绍：
select系统调用的目的是：在一段指定时间内，监听用户感兴趣的文件描述符上的可读、可写和异常事件。poll和select应该被归类为这样的系统
调用，它们可以阻塞地同时探测一组支持非阻塞的IO设备，直至某一个设备触发了事件或者超过了指定的等待时间——也就是说它们的职责不是做IO，而是帮助
调用者寻找当前就绪的设备。
下面是select的原理图：

2 、select系统调用API如下：

#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);

fd_set结构体是文件描述符集，该结构体实际上是一个整型数组，数组中的每个元素的每一位标记一个文件描述符。fd_set能容纳的文件描述符 数量由FD_SETSIZE指定，一般情况下，FD_SETSIZE等  于1024，这就限制了select能同时处理的文件描述符的总量。

3、下面介绍一下各个参数的含义：
   
1）nfds参数指定被监听的文件描述符的总数。通常被设置为select监听的所有文件描述符中最大值加1；

2）readfds、writefds、exceptfds分别指向可读、可写和异常等事件对应的文件描述符集合。这三个参数都是传入传出型参数，指的是
在调用select之前，用户把关心的可读、可写、或异常的文件描述   符 通过FD_SET（下面介绍）函数分别添加进readfds、writefds、
exceptfds文件描述符集，select将对这些文件描述符集中的文件描述符进行监听，如果有就绪文件描述符，select会重置readfds、writefds、exceptfds文件描述符集来通知应用程序哪些文件描述符就绪。这个特性将导致select函数返回后，再次调用select之前，必须重置我们关心的文件描述符，也就是三个文件描述符集已经不是我们之前传入 的了。
  
3）timeout参数用来指定select函数的超时时间（下面讲select返回值时还会谈及）。

struct timeval
{
    long tv_sec;        //秒数
    long tv_usec;       //微秒数
};

4、下面几个函数（宏实现）用来操纵文件描述符集：

void FD_SET(int fd, fd_set *set);   //在set中设置文件描述符fd
void FD_CLR(int fd, fd_set *set);   //清除set中的fd位
int  FD_ISSET(int fd, fd_set *set); //判断set中是否设置了文件描述符fd
void FD_ZERO(fd_set *set);          //清空set中的所有位（在使用文件描述符集前，应该先清空一下）
    //（注意FD_CLR和FD_ZERO的区别，一个是清除某一位，一个是清除所有位）

5、select的返回情况：
1）如果指定timeout为NULL，select会永远等待下去，直到有一个文件描述符就绪，select返回；
2）如果timeout的指定时间为0，select根本不等待，立即返回；
3）如果指定一段固定时间，则在这一段时间内，如果有指定的文件描述符就绪，select函数返回，如果超过指定时间，select同样返回。
4）返回值情况：
a)超时时间内，如果文件描述符就绪，select返回就绪的文件描述符总数（包括可读、可写和异常），如果没有文件描述符就绪，select返回0；
b)select调用失败时，返回 -1并设置errno，如果收到信号，select返回 -1并设置errno为EINTR。

6、文件描述符的就绪条件：
在网络编程中，
1）下列情况下socket可读：
a) socket内核接收缓冲区的字节数大于或等于其低水位标记SO_RCVLOWAT；
b) socket通信的对方关闭连接，此时该socket可读，但是一旦读该socket，会立即返回0（可以用这个方法判断client端是否断开连接）；
c) 监听socket上有新的连接请求；
d) socket上有未处理的错误。
2）下列情况下socket可写：
a) socket内核发送缓冲区的可用字节数大于或等于其低水位标记SO_SNDLOWAT；
b) socket的读端关闭，此时该socket可写，一旦对该socket进行操作，该进程会收到SIGPIPE信号；
c) socket使用connect连接成功之后；
d) socket上有未处理的错误。

select优点：

select模型是Windows sockets中最常见的IO模型。它利用select函数实现IO 管理。通过对select函数的调用，应用程序可以判断套接字是否存在数据、能否向该套接字写入据。

如：在调用recv函数之前，先调用select函数，如果系统没有可读数据那么select函数就会阻塞在这里。当系统存在可读或可写数据时，select函数返回，就可以调用recv函数接   收数据了。

可以看出使用select模型，需要两次调用函数。第一次调用select函数第二次socket API。使用该模式的好处是：可以等待多个套接字。

select缺点：
（1）每次调⽤用select，都需要把fd集合从⽤用户态拷贝到内核态，这个开销在fd很多时会很⼤大
（2）同时每次调⽤用select都需要在内核遍历传递进来的所有fd，这个开销在fd很多时也很⼤大
（3）select⽀支持的⽂文件描述符数量太⼩小了，默认是1024