转自:http://www.cnblogs.com/Anker/archive/2013/08/14/3258674.html
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:
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- #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。
(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。
3、测试程序
写一个TCP回射程序,程序的功能是:客户端向服务器发送信息,服务器接收并原样发送给客户端,客户端显示出接收到的信息。
服务端程序如下所示:
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- #include <stdio.h>
- #include <stdlib.h>
- #include <string.h>
- #include <errno.h>
-
- #include <netinet/in.h>
- #include <sys/socket.h>
- #include <sys/select.h>
- #include <unistd.h>
- #include <sys/types.h>
-
- #define IPADDRESS "127.0.0.1"
- #define PORT 8787
- #define MAXLINE 1024
- #define LISTENQ 5
-
- //函数声明
- //创建套接字并进行绑定
- static int socket_bind(const char* ip,int port);
- //IO多路复用select
- static void do_select(int listenfd);
- //处理多个连接
- static void handle_connection(int *connfds,int num,fd_set *prset,fd_set *pallset);
-
- int main(int argc,char *argv[])
- {
- int listenfd,connfd,sockfd;
- struct sockaddr_in cliaddr;
- socklen_t cliaddrlen;
- listenfd = socket_bind(IPADDRESS,PORT);
- listen(listenfd,LISTENQ);
- do_select(listenfd);
- return 0;
- }
-
- static int socket_bind(const char* ip,int port)
- {
- int listenfd;
- struct sockaddr_in servaddr;
- listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
- if (listenfd == -1)
- {
- perror("socket error:");
- exit(1);
- }
- bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
- servaddr.sin_family = AF_INET;
- inet_pton(AF_INET,ip,&servaddr.sin_addr);
- servaddr.sin_port = htons(port);
- if (bind(listenfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) == -1)
- {
- perror("bind error: ");
- exit(1);
- }
- return listenfd;
- }
-
- static void do_select(int listenfd)
- {
- int connfd,sockfd;
- struct sockaddr_in cliaddr;
- socklen_t cliaddrlen;
- fd_set rset,allset;
- int maxfd,maxi;
- int i;
- int clientfds[FD_SETSIZE]; //保存客户连接描述符
- int nready;
- //初始化客户连接描述符
- for (i = 0;i < FD_SETSIZE;i++)
- clientfds[i] = -1;
- maxi = -1;
- FD_ZERO(&allset);
- //添加监听描述符
- FD_SET(listenfd,&allset);
- maxfd = listenfd;
- //循环处理
- for ( ; ; )
- {
- rset = allset;
- //获取可用描述符的个数
- nready = select(maxfd+1,&rset,NULL,NULL,NULL);
- if (nready == -1)
- {
- perror("select error:");
- exit(1);
- }
- //测试监听描述符是否准备好
- if (FD_ISSET(listenfd,&rset))
- {
- cliaddrlen = sizeof(cliaddr);
- //接受新的连接
- if ((connfd = accept(listenfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&cliaddrlen)) == -1)
- {
- if (errno == EINTR)
- continue;
- else
- {
- perror("accept error:");
- exit(1);
- }
- }
- fprintf(stdout,"accept a new client: %s:%d\n", inet_ntoa(cliaddr.sin_addr),cliaddr.sin_port);
- //将新的连接描述符添加到数组中
- for (i = 0;i <FD_SETSIZE;i++)
- {
- if (clientfds[i] < 0)
- {
- clientfds[i] = connfd;
- break;
- }
- }
- if (i == FD_SETSIZE)
- {
- fprintf(stderr,"too many clients.\n");
- exit(1);
- }
- //将新的描述符添加到读描述符集合中
- FD_SET(connfd,&allset);
- //描述符个数
- maxfd = (connfd > maxfd ? connfd : maxfd);
- //记录客户连接套接字的个数
- maxi = (i > maxi ? i : maxi);
- if (--nready <= 0)
- continue;
- }
- //处理客户连接
- handle_connection(clientfds,maxi,&rset,&allset);
- }
- }
-
- static void handle_connection(int *connfds,int num,fd_set *prset,fd_set *pallset)
- {
- int i,n;
- char buf[MAXLINE];
- memset(buf,0,MAXLINE);
- for (i = 0;i <= num;i++)
- {
- if (connfds[i] < 0)
- continue;
- //测试客户描述符是否准备好
- if (FD_ISSET(connfds[i],prset))
- {
- //接收客户端发送的信息
- n = read(connfds[i],buf,MAXLINE);
- if (n == 0)
- {
- close(connfds[i]);
- FD_CLR(connfds[i],pallset);
- connfds[i] = -1;
- continue;
- }
- printf("read msg is: ");
- write(STDOUT_FILENO,buf,n);
- //向客户端发送buf
- write(connfds[i],buf,n);
- }
- }
- }
客户端程序如下:
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- #include <netinet/in.h>
- #include <sys/socket.h>
- #include <stdio.h>
- #include <string.h>
- #include <stdlib.h>
- #include <sys/select.h>
- #include <time.h>
- #include <unistd.h>
- #include <sys/types.h>
-
- #define MAXLINE 1024
- #define IPADDRESS "127.0.0.1"
- #define SERV_PORT 8787
-
- #define max(a,b) (a > b) ? a : b
-
- static void handle_connection(int sockfd);
-
- int main(int argc,char *argv[])
- {
- int sockfd;
- struct sockaddr_in servaddr;
- sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
- bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
- servaddr.sin_family = AF_INET;
- servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
- inet_pton(AF_INET,IPADDRESS,&servaddr.sin_addr);
- connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));
- //处理连接描述符
- handle_connection(sockfd);
- return 0;
- }
-
- static void handle_connection(int sockfd)
- {
- char sendline[MAXLINE],recvline[MAXLINE];
- int maxfdp,stdineof;
- fd_set rset;
- int n;
- FD_ZERO(&rset);
- for (; ;)
- {
- //添加标准输入描述符
- FD_SET(STDIN_FILENO,&rset);
- //添加连接描述符
- FD_SET(sockfd,&rset);
- maxfdp = max(STDIN_FILENO,sockfd);
- //进行轮询
- select(maxfdp+1,&rset,NULL,NULL,NULL);
- //测试连接套接字是否准备好
- if (FD_ISSET(sockfd,&rset))
- {
- n = read(sockfd,recvline,MAXLINE);
- if (n == 0)
- {
- fprintf(stderr,"client: server is closed.\n");
- close(sockfd);
- FD_CLR(sockfd,&rset);
- }
- write(STDOUT_FILENO,recvline,n);
- }
- //测试标准输入是否准备好
- if (FD_ISSET(STDIN_FILENO,&rset))
- {
- n = read(STDIN_FILENO,sendline,MAXLINE);
- if (n == 0)
- {
- FD_CLR(STDIN_FILENO,&rset);
- continue;
- }
- write(sockfd,sendline,n);
- }
- }
- }
4、程序结果
启动服务程序,执行两个客户程序进行测试,结果如下图所示: