• 简述Linux下多路转接之select的原理及实现单进程select服务器

    一、关于I/O       

           一次I/O分两个部分(①等待数据就绪 ②进行I/O),减少等的比重,增加I/O的比重就可以达到高效服务器的目的。select工作原理就是这个,同时监控多个文件描述符(或者说文件句柄),一旦其中某一个进入就绪状态,就进行I/O操作。监控多个文件句柄可以达到提高就绪状态出现的概率,就可以使CPU在大多数时间下都处于忙碌状态,大大提高CPU的性能。达到高效服务器的目的。可以理解为select轮询监控多个文件句柄或套接字。


    二、关于select函数


    fd_set是文件描述符集,本身是一种位图结构,下面的宏提供了对这个文件描述符集的操作:



    三、关于select模型

    对于文件描述符集合fd_set,fd_set中的每一个比特位都对于一个文件描述符fd,假设fd_set长度为一字节,则:

    1)执行fd_set set,FD_ZERO(&set);则set用位表示为0000,0000;

    2)fd = 5时,执行FD_SET(fd, &set);此时set位表示为0001,0000;

    3)再加入fd = 2,fd = 1,set位表示为0001,0011;

    4)执行select(6,&set,0, 0 , 0)阻塞等待;

    5)fd = 1和fd = 2上都发生可读事件,select返回,此时set变为0000,0011(没有事件发生的fd=5被清空)


    从上面可以看出select模型的特点:

    (1)可监控的文件描述符的个数由sizeof(fd_set)决定,(我用的centos6.5虚拟机上为1024)

    (2)将fd加入select监控集的同时,需要用一个array来保存这些文件描述符,一是用于select返回后,array作为源数据和fd_set进行FD_ISSET判断,二是select返回后会把之前加入的但并无事件发生的文件描述符清空,则每次开始select之前都要从array中取得fd再加入,扫描array时取得fd最大值maxfd作为select的第一个参数

    (3)每次select之前都要循环array(加fd,取maxfd),select返回之后还要再循环array(进行FD_ISSET判断)


    这样也就可以看出select模型的缺陷:

    1、每次进行select都要把文件描述符集fd由用户态拷贝到内核态,这样的开销会很大。 
    2、实现select服务器,内部要不断对文件描述符集fd进行循环遍历,当fd很多时,开销也很大,实现也较为复杂 
    3、select能监控文件描述符的数量有限。


    四、实现select服务器

    为了实现简单,我这里只考虑了读文件描述符:

    select_server.c:

    #include <stdio.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <netinet/in.h>
    #include <arpa/inet.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <unistd.h>
    #include <sys/socket.h>
    #include <sys/select.h>
    
    int fds_array_read[sizeof(fd_set)*8];
    //int fds_array_write[sizeof(fd_set)*8];
    
    int startup(const char* _ip, int _port)
    {
    	int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    	if(sock < 0)
    	{
    		perror("socket");
    		exit(2);
    	}
    
    	//int opt = 1;
    	//setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));
    
    	struct sockaddr_in local;
    	local.sin_family = AF_INET;
    	local.sin_port = htons(_port);
    	local.sin_addr.s_addr = inet_addr(_ip);
    	if(bind(sock, (struct sockaddr*)&local, sizeof(local)) < 0)
    	{
    		perror("bind");
    		exit(3);
    	}
    
    	if(listen(sock, 10) < 0)
    	{
    		perror("listen");
    		exit(4);
    	}
    	return sock;
    }
    
    static void usage(const char* proc)
    {
    	printf("Usage: [local_ip] [local_port] %s\n", proc);
    }
    
    int main(int argc, char* argv[])
    {
    	if(argc != 3)
    	{
    		usage(argv[0]);
    		return 1;
    	}
    	int listen_sock = startup(argv[1], atoi(argv[2]));
    	
    	int i = 0;
    	int nums = sizeof(fds_array_read)/sizeof(fds_array_read[0]);
    	for(; i<nums; ++i)
    	{
    		fds_array_read[i] = -1;
    	}
    	fds_array_read[0] = listen_sock;
    	int maxfd = listen_sock;
    	while(1)
        {
    		fd_set rfds;
    		FD_ZERO(&rfds);
    		for(i=0; i<nums; ++i)
    		{
    			if(fds_array_read[i] == -1)
    				continue;
    			FD_SET(fds_array_read[i], &rfds);
    			if(maxfd < fds_array_read[i])
    			{
    				maxfd = fds_array_read[i];
    			}
    			struct timeval timeout = {3, 0};
    			switch(select(maxfd+1, &rfds, NULL, NULL, &timeout))
    			{
    				case 0:
    				printf("timeout...\n");
    					break;
    				case -1:
    					perror("select");
    					break;
    				default:
    					{
    						for(i=0; i<nums; ++i)
    						{
    							if(fds_array_read[i] < 0)
    								continue;
    							if(i==0 && FD_ISSET(listen_sock, &rfds))
    							{
    								struct sockaddr_in client;
    								socklen_t len = sizeof(client);
    								int new_sock = accept(listen_sock, \
    								   (struct sockaddr*)&client, &len);
    								if(new_sock < 0)
    								{
    									perror("accept");
    									continue;
    								}
    								int j = 1;
    								for(; j<nums; ++j)
    								{
    									if(fds_array_read[j] < 0)
    										break;
    								}
    								if(j == nums)
    									close(new_sock);
    								else
    									fds_array_read[j] = new_sock;
    							}
    							else if(i!= 0 && FD_ISSET(fds_array_read[i], &rfds))
    							{
    								char buf[1024];
    								ssize_t s = read(fds_array_read[i], buf, sizeof(buf)-1);
    								if(s > 0)
    								{
    									buf[s] = 0;
    									printf("client# %s\n", buf);
    								}
    								else if(s == 0)
    								{
    									printf("client is quit...\n");
    									close(fds_array_read[i]);
    									fds_array_read[i] = -1;
                                                                    }
    								else
    								{
    									printf("client is quit...\n");
    									close(fds_array_read[i]);
    									fds_array_read[i] = -1;
    								}
    							}
    						}
    					}
    			}
    		}
    	}
    }
    

    运行结果:

    (使用telnet命令远程登录本地环回实现通信)



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