高并发多路I/O复用的select介绍
select
1、基本概念
IO多路复用是指内核一旦发现进程指定的一个或者多个IO条件准备读取，它就通知该进程。IO多路复用适用如下场合：
（1）当客户处理多个描述字时（一般是交互式输入和网络套接口），必须使用I/O复用。
（2）当一个客户同时处理多个套接口时，而这种情况是可能的，但很少出现。
（3）如果一个TCP服务器既要处理监听套接口，又要处理已连接套接口，一般也要用到I/O复用。
（4）如果一个服务器即要处理TCP，又要处理UDP，一般要使用I/O复用。
（5）如果一个服务器要处理多个服务或多个协议，一般要使用I/O复用。
与多进程和多线程技术相比，I/O多路复用技术的最大优势是系统开销小，系统不必创建进程/线程，也不必维护这些进程/线程，从而大大减小了系统的开销。
2、select函数
该函数准许进程指示内核等待多个事件中的任何一个发送，并只在有一个或多个事件发生或经历一段指定的时间后才唤醒。函数原型如下：
#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)
返回值：就绪描述符的数目，超时返回0，出错返回-1
函数参数介绍如下：
（1）第一个参数maxfdp1指定待测试的描述字个数，它的值是待测试的最大描述字加1（因此把该参数命名为maxfdp1），描述字0、1、2...maxfdp1-1均将被测试。
因为文件描述符是从0开始的。
（2）中间的三个参数readset、writeset和exceptset指定我们要让内核测试读、写和异常条件的描述字。如果对某一个的条件不感兴趣，就可以把它设为空指针。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，可通过以下四个宏进行设置：
void FD_ZERO(fd_set *fdset); //清空集合
void FD_SET(int fd, fd_set *fdset); //将一个给定的文件描述符加入集合之中
void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset); //将一个给定的文件描述符从集合中删除
int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset); // 检查集合中指定的文件描述符是否可以读写
（3）timeout告知内核等待所指定描述字中的任何一个就绪可花多少时间。其timeval结构用于指定这段时间的秒数和微秒数。
struct timeval{
long tv_sec; //seconds
long tv_usec; //microseconds
};
这个参数有三种可能：
（1）永远等待下去：仅在有一个描述字准备好I/O时才返回。为此，把该参数设置为空指针NULL。
（2）等待一段固定时间：在有一个描述字准备好I/O时返回，但是不超过由该参数所指向的timeval结构中指定的秒数和微秒数。
（3）根本不等待：检查描述字后立即返回，这称为轮询。为此，该参数必须指向一个timeval结构，而且其中的定时器值必须为0。
注:每次进行监听的时候,需要重新设置文件描述符和时间,以及最大文件文件描述,因为在监听事件发生是,信息被内核修改了.(因为每次处理时间都进行了清空)
原理流程图如下：
注:(该图为网络转载所得)
示例代码：
server:
#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
using namespace std;
//server
#define SER_IP "127.0.0.1"
#define PORT 50123
#define MAX_SIZE 512
int main(int argc,char** argv){
struct sockaddr_in ser_addr,cli_addr;
//select 模型结构体
fd_set sock_set;
int sockfd,maxfd;
//接收连接的fd
int fd_conn[MAX_SIZE];
//初始化清空接收的fd的集合
for(int i = 0; i < MAX_SIZE;++i){
fd_conn[i] = -1;
}
//创建socket
sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(sockfd == -1){
perror("socket");
return -1;
}
//ip address
ser_addr.sin_family = AF_INET;
ser_addr.sin_port = htons(PORT);
ser_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SER_IP);
//bind
if(bind(sockfd,(sockaddr*)&ser_addr,sizeof(ser_addr)) == -1){
perror("bind");
return -1;
}
//listen
if(listen(sockfd,10) == -1){
perror("listen");
return -1;
}
//循环处理监听过程
while(true){
/*
*每次开始监听开始,都需要重新设置文件描述符和时间,
*因为事件发生时,文件描述符和时间都被内核修改了
*/
FD_ZERO(&sock_set); //清空sock_socket
/*添加监听套接字*/
FD_SET(sockfd,&sock_set);
//时间信息设定
struct timeval timeinfo;
timeinfo.tv_sec = 1;
timeinfo.tv_usec = 0;
//初始化最大文件描述符
maxfd = sockfd;
//将已接收连接的fd也放置监听集合中监听,因为没此处理之后,sock_set
//中的监听文件都被清除了
for(int i = 0;i < MAX_SIZE;++i){
if(-1 != fd_conn[i]){
FD_SET(fd_conn[i],&sock_set);
}
//找到最大的文件描述符
maxfd = (maxfd > fd_conn[i] ? maxfd:fd_conn[i]);
}
//调用select函数开始监听socket,select的操作过程是将为就绪的fd从集合中剔除
//在fd_set容器中留下并等待后续的处理fd
int ret = select(maxfd + 1,&sock_set,NULL,NULL,NULL);
if(ret == -1){
cout<<"select error"<<strerror(errno)<<endl;
break;
}
if(ret == 0){
cout<<"select is timeout"<<endl;
break;
}
/**
处理监听到的事件
*/
//判断是否有新的连接
socklen_t s_len = sizeof(cli_addr);
if(FD_ISSET(sockfd,&sock_set)){
int cli_sock = accept(sockfd,(sockaddr*)&cli_addr,&s_len);
if(cli_sock == -1){
perror("accept");
}
//将新的连接存放至接收连接集合中fd_conn
for(int i = 0;i < MAX_SIZE;++i){
if(-1 == fd_conn[i]){
fd_conn[i] = cli_sock;
break;
}
}
//新的连接到来,进行下一次轮询
continue;
}
//处理此刻已经接收连接的处理事件
for(int j =0 ;j < MAX_SIZE;++j){
if(FD_ISSET(fd_conn[j],&sock_set)){
char buff[1024] = {0};
int re_len = recv(fd_conn[j],buff,sizeof(buff) - 1,0);
if(re_len <= 0){
//说明客户端已关闭连接
close(fd_conn[j]);
FD_CLR(fd_conn[j],&sock_set);
fd_conn[j] = -1;
continue;
}
cout<<"Recv "<<fd_conn[j]<<"'s data is :"<<buff<<endl;
memset(buff,0,sizeof(buff));
sprintf(buff,"I have recv %d data",fd_conn[j]);
int se_len = send(fd_conn[j],buff,sizeof(buff) -1,0);
if(se_len <= 0){
//说明客户端已关闭连接
close(fd_conn[j]);
FD_CLR(fd_conn[j],&sock_set);
fd_conn[j] = -1;
continue;
}
}
}
}
close(sockfd);
for(int i = 0;i < MAX_SIZE;++i){
close(fd_conn[i]);
}
return 0;
}
client:
#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#define SER_IP "127.0.0.1"
#define PORT 50123
using namespace std;
int main(int argc,char** argv){
struct sockaddr_in cli_addr;
memset(&cli_addr,0,sizeof(cli_addr));
int sockfd;
cli_addr.sin_family = AF_INET;
cli_addr.sin_port = htons(PORT);
cli_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SER_IP);
int sock[12] = {0};
int count = 0;
for(int i = 0;i < 10;++i){
sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(sockfd == -1){
perror("socket");
return -1;
}
sock[count++] = sockfd;
if(connect(sockfd,(sockaddr*)&cli_addr,sizeof(cli_addr)) == -1){
perror("connect");
continue;
}
char buff[1024] = {0};
snprintf(buff,sizeof(buff),"nihao server");
int se_len = send(sockfd,buff,sizeof(buff),0);
memset(buff,0,sizeof(buff));
int re_len = recv(sockfd,buff,sizeof(buff) - 1,0);
if(re_len > 0){
cout<<sockfd<<"recv server data is :"<<buff<<endl;
}
}
for(int i = 0;i <count;++i){
close(sock[i]);
}
return 0;
}