Linux c编程：I/O多路复用之select

一般我们在写socet程序的时候调用的accept,recv等操作都是阻塞型的。意思就是如果我们一直收不到数据那么则会被阻塞。所谓阻塞方式block，顾名思义，就是进程或是线程执行到这些函数时必须等待某个事件的发生，如果事件没有发生，进程或线程就被阻塞，函数不能立即返回
可是使用Select就可以完成非阻塞（所谓非阻塞方式 non-block，就是进程或线程执行此函数时不必非要等待事件的发生，一旦执行肯定返回，以返回值的不同来反映函数的执行情况，如果事件发生则与阻塞方式相同，若事件没有发生则返回一个代码来告知事件未发生，而进程或线程继续执行，所以效率较高）方式工作的程序，它能够监视我们需要监视的文件描述符的变化情况——读写或是异常。下面详细介绍一下！
Select的函数格式：
int select(int maxfdp,fd_set *readfds,fd_set *writefds,fd_set *errorfds,struct timeval *timeout);
先说明两个结构体：
第 一，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(filedescriptor)，即文件句柄，这可以是我们所说的普通意义的文件，当然 Unix下任何设备、管道、FIFO等都是文件形式，全部包括在内，所以毫无疑问一个socket就是一个文件，socket句柄就是一个文件描述符。 fd_set集合可以通过一些宏由人为来操作，比如清空集合FD_ZERO(fd_set *)，将一个给定的文件描述符加入集合之中FD_SET(int ,fd_set*)，将一个给定的文件描述符从集合中删除FD_CLR(int,fd_set*)，检查集合中指定的文件描述符是否可以读写 FD_ISSET(int ,fd_set* )。一会儿举例说明。
 
第二，struct timeval是一个大家常用的结构，用来代表时间值，有两个成员，一个是秒数，另一个是毫秒数。
struct timeval {
    long tv_sec;     /* seconds */
    long tv_usec;    /* and microseconds */
};
 
 
具体解释select的参数：
int maxfdp是一个整数值，是指集合中所有文件描述符的范围，即所有文件描述符的最大值加1，不能错！在Windows中这个参数的值无所谓，可以设置不正确。
 
fd_set*readfds 是指向fd_set结构的指针，这个集合中应该包括文件描述符，我们是要监视这些文件描述符的读变化的，即我们关心是否可以从这些文件中读取数据了，如果这个集合中有一个文件可读，select就会返回一个大于0的值，表示有文件可读，如果没有可读的文件，则根据timeout参数再判断是否超时，若超出 timeout的时间，select返回0，若发生错误返回负值。可以传入NULL值，表示不关心任何文件的读变化。
 
fd_set*writefds 是指向fd_set结构的指针，这个集合中应该包括文件描述符，我们是要监视这些文件描述符的写变化的，即我们关心是否可以向这些文件中写入数据了，如果这个集合中有一个文件可写，select就会返回一个大于0的值，表示有文件可写，如果没有可写的文件，则根据timeout参数再判断是否超时，若超出 timeout的时间，select返回0，若发生错误返回负值。可以传入NULL值，表示不关心任何文件的写变化。
 
fd_set *errorfds同上面两个参数的意图，用来监视文件错误异常。
 
struct timeval*timeout是select的超时时间，这个参数至关重要，它可以使select处于三种状态，第一，若将NULL以形参传入，即不传入时间结构，就是将select置于阻塞状态，一定等到监视文件描述符集合中某个文件描述符发生变化为止；第二，若将时间值设为0秒0毫秒，就变成一个纯粹的非阻塞函数，不管文件描述符是否有变化，都立刻返回继续执行，文件无变化返回0，有变化返回一个正值；第三，timeout的值大于0，这就是等待的超时时间，即select在timeout时间内阻塞，超时时间之内有事件到来就返回了，否则在超时后不管怎样一定返回，返回值同上述。
 
返回值：
负值：select错误  
正值：某些文件可读写或出错  
0：等待超时，没有可读写或错误的文件
 
下面来看一个select实现的服务端代码：
#include  <unistd.h>
#include  <sys/types.h>       /* basic system data types */
#include  <sys/socket.h>      /* basic socket definitions */
#include  <netinet/in.h>      /* sockaddr_in{} and other Internet defns */
#include  <arpa/inet.h>       /* inet(3) functions */
#include <sys/select.h>       /* select function*/
 
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
 
#define MAXLINE 10240
 
void handle(int * clientSockFds, int maxFds, fd_set* pRset, fd_set* pAllset);
 
int  main(int argc, char **argv)
{
    int  servPort = 6888;
    int listenq = 1024;
 
    int  listenfd, connfd;
    struct sockaddr_in cliaddr, servaddr;
    socklen_t socklen = sizeof(struct sockaddr_in);
    int nready, nread;
    char buf[MAXLINE];
    int clientSockFds[FD_SETSIZE];
    fd_set allset, rset;
    int maxfd;
 
    listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (listenfd < 0) {
        perror("socket error");
        return -1;
    }
 
    int opt = 1;
    if (setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt)) < 0) {
        perror("setsockopt error");     
    }   
 
    bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    servaddr.sin_port = htons(servPort);
 
 
    if(bind(listenfd, (struct sockaddr*)&servaddr, socklen) == -1) {
        perror("bind error");
        exit(-1);
    }
 
    if (listen(listenfd, listenq) < 0) {
        perror("listen error");
        return -1;
    }
 
    int i = 0;
    for (i = 0; i< FD_SETSIZE; i++)  
        clientSockFds[i] = -1;  
    FD_ZERO(&allset);
    FD_SET(listenfd, &allset);   (1)
    maxfd = listenfd;     
 
    printf("echo server use select startup, listen on port %d\n", servPort);
    printf("max connection: %d\n", FD_SETSIZE);
 
    for ( ; ; )  {
        rset = allset;
        nready = select(maxfd + 1, &rset, NULL, NULL, NULL);
        if (nready < 0) {
            perror("select error");
            continue;
        }
        if (FD_ISSET(listenfd, &rset)) {      (2)
            connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*) &cliaddr, &socklen);
            if (connfd < 0) {
                perror("accept error");
                continue;
            }
 
            sprintf(buf, "accept form %s:%d\n", inet_ntoa(cliaddr.sin_addr), cliaddr.sin_port);
            printf(buf, "");
 
            for (i = 0; i< FD_SETSIZE; i++) {
                if (clientSockFds[i] == -1) {      (3)
                    clientSockFds[i] = connfd;
                    break;
                }
            }
            if (i == FD_SETSIZE) {
                fprintf(stderr, "too many connection, more than %d\n", FD_SETSIZE);
                close(connfd);
                continue;
            }
            if (connfd > maxfd)
                maxfd = connfd;
 
            FD_SET(connfd, &allset);         (4)
            if (--nready <= 0)
                continue;
        }
 
        handle(clientSockFds, maxfd, &rset, &allset);
    }
}
 
 
void handle(int * clientSockFds, int maxFds, fd_set* pRset, fd_set* pAllset) {
    int nread;
    int i;
    char buf[MAXLINE];
    for (i = 0; i< maxFds; i++) {
        if (clientSockFds[i] != -1) {
            if (FD_ISSET(clientSockFds[i], pRset)) {     (5)
                nread = read(clientSockFds[i], buf, MAXLINE);//读取客户端socket流
                if (nread < 0) {
                    perror("read error");
                    close(clientSockFds[i]);
                    FD_CLR(clientSockFds[i], pAllset);
                    clientSockFds[i] = -1;
                    continue;
                }
                if (nread == 0) {
                    printf("client close the connection\n");
                    close(clientSockFds[i]);
                    FD_CLR(clientSockFds[i], pAllset);
                    clientSockFds[i] = -1;
                    continue;
                }  
 
                write(clientSockFds[i], buf, nread);//响应客户端  有可能失败，暂不处理
            }
        }
    }
 
}
程序大致可以分为5步：
1 通过FD_SET将服务器的socket描述符添加到fd_set中
2 通过FD_ISSET判断服务器socket描述符状态，如果为可读，则代表有客户端接入。此时进行socket连接，并得到客户端连接的socket描述符
3 将客户端连接的socket描述符保存在clientSockFds中
4 通过FD_SET将客户端的socket描述符添加到fd_set中
5 在handle函数中遍历clientSockFds中所有的客户端socket描述符，并通过FD_ISSET判断客户端是否发送数据