Linux Socket 编程I/O Multiplexing

文章由LinuxBoy分享于2019-03-31 09:03:04热评（103）

Linux Socket 编程I/O Multiplexing

Linux Socket 编程中I/O Multiplexing 主要通过三个函数来实现：select, poll,epoll来实现。I/O Multiplexing，先构造一张有关描述符的列表，然后调用一个函数，直到这些描述符中的一个已准备好进行I/O时，该函数才返回。在返回时，它告诉进程哪些描述符已准备好可以进行I/O。本文具体介绍一下select 和poll的用法，给出简单的demo代码，简要分析一下这两个函数的使用易出错的地方。

#include<sys/select.h>

int select(int maxfdp1, fd_set *restrict readfds, fd_set *restrict writefds,fd_set *restrict exceptfds, struct timeval* restrict tvptr);

//Returns: count of ready descriptors, 0 on timeout, -1 on error

　　中间三个参数readfds、writefds和exceptfds是指向描述符集的指针。这三个描述符集说明了我们关心的可读、可写或出于异常条件的各个描述符，设置为NULL则表示不关心。每个描述符集存放在一个fd_set数据类型中。这种数据类型为每一可能的描述符保持一位。描述符集的函数接口（可能实现为宏）包括：调用FD_ZERO将一个指定的fd_set变量的所有位设置为0；调用FD_SET设置一个fd_set变量的指定位；调用FD_CLR将一指定位清楚；调用FD_ISSET测试一指定位是否设置。

#include <sys/select.h>

int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);

　　//Returns: nonzero if fd is in set, 0 otherwise

void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);

void FD_SET(int fd, fd_set *fdset);

void FD_ZERO(fd_set *fdset);

　　文件描述符集fdset中的文件描述符的个数是有限制的，最大值由FD_SETSIZE指定，一般为1024.

　　Select 最后一个参数用于设置超时值，当select监听达到超时值时还未有关心的事件发生则返回，函数返回值为0.

struct timeval{

　　long tv_sec;//second

　　long tv_usec;//minisecond

}

　　超时参数如果设置为 NULL 则无限等待。

　　下面来是一个简单的select Echo server：

// simpleEcho.cpp
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/types.h>
#include <vector>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>

#define SEVER_PORT 1314
#define MAX_LINE_LEN 1024

using namespace std;

int main()
{
    struct sockaddr_in cli_addr, server_addr;
    socklen_t sock_len;
    vector<int> client(FD_SETSIZE,-1);

    fd_set rset,allset;
    int listenfd, connfd, sockfd, maxfd, nready, ix,maxid, nrcv,one;
    char addr_str[INET_ADDRSTRLEN],buf[MAX_LINE_LEN];


    bzero(&server_addr,sizeof server_addr);
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    server_addr.sin_port = htons(SEVER_PORT);

    listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

    one = 1;
    setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR,&one, sizeof(one));


    if(bind (listenfd ,(struct sockaddr *)&server_addr ,sizeof server_addr) < 0 )
    {
        printf("socket bind error" );
        return 0;
    }
    
    listen(listenfd ,10);
    
    FD_ZERO(&allset);
    FD_SET(listenfd ,&allset );
    
    maxfd = listenfd ;
    maxid = -1 ;
    
    while(1 )
    {
        rset = allset; //!
        nready = select (maxfd + 1, &rset,NULL,NULL,NULL);
    
        if(nready < 0 )
        {
                printf("select error! \n" );
                exit(1 );
        }
    
        if(FD_ISSET (listenfd , &rset ))
        {
                sock_len = sizeof cli_addr;
                connfd = accept (listenfd ,(struct sockaddr *)&cli_addr , &sock_len);
    
                printf("recieve from : %s at port %d\n" , inet_ntop(AF_INET,&cli_addr .sin_addr ,addr_str ,INET_ADDRSTRLEN ),cli_addr .sin_port );
    
                for(ix = 0 ; ix < static_cast< int>(client .size()); ix++)
                {
                    if(client[ix] < 0 )
                    {
                            client[ix] = connfd ;
                            break;
                    }
                }
    
                printf("client[%d] = %d\n" ,ix ,connfd );
    
                if( FD_SETSIZE == ix)
                {
                    printf("too many client! \n" );
                    exit(1 );
                }
    
                if( connfd > maxfd)
                {
                    maxfd = connfd;
                }
    
                FD_SET(connfd, &allset );
    
                if(ix > maxid )
                {
                    maxid = ix;
                }
                
                if(--nready == 0)
                {
                    continue;
                }
    
        }
    
        for(ix = 0 ; ix <= maxid; ix++)  //<=
        {
                if((sockfd = client [ix ]) < 0)
                {
                    continue;
                }
    
                if(FD_ISSET (sockfd ,&rset ))
                {
                    if( 0 == (nrcv = read(sockfd,buf,MAX_LINE_LEN )))
                    {
                            close(sockfd);
                            client[ix] = -1 ;
                            FD_CLR(sockfd ,&allset );
                    }
                    else
                    {
                            printf("RECIEVE: %s \n" ,buf );
                            write(sockfd,buf,nrcv);
                    }
                }
    
                if(--nready == 0)
                {
                    break;
                }
        }

    }
    
    return 0;
}

　　在使用select 的时候要注意两点：

　　　　第一个参数需要是当前所关心的文件描述符中最大的一个+1

　　　　第二需要注意的是select的中间3个参数采用了“value-result”(UNP1的说法）的方式，设置了关心的文件描述符进行select，select返回之后对应描述的fdset中只有有事件发生的对应fd会被设置，其它关心但是没有事件发生的描述符将会从fdset中清除掉，如果不进行重新赋值，下次select就不会关注这些描述符了，因此上述代码中allset每次对rset进行复制。

　　来看看如果只在while(1) 之前设置rset，在while(1) 中不在每次select之前赋值会发生什么，在控制台输入: strace ./simpleEcho，另外打开一个控制台窗口输入：nc localhost 1314，这作为一个连接Echo server 的 client，然后输入你想发往Echo Server内容。关键我们来看一下Echo server的情况：

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