（五十三）高并发服务器——多路IO转接机制Select模型

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在Linux中，我们可以使用select函数实现I/O端口的复用，传递给 select函数的参数会告诉内核：
　　•我们所关心的文件描述符
　　•对每个描述符，我们所关心的状态。(我们是要想从一个文件描述符中读或者写，还是关注一个描述符中是否出现异常)
　　•我们要等待多长时间。(我们可以等待无限长的时间，等待固定的一段时间，或者根本就不等待)
　　
从 select函数返回后，内核告诉我们一下信息：
　　•对我们的要求已经做好准备的描述符的个数
　　•对于三种条件哪些描述符已经做好准备.(读，写，异常)
　　
　　
使用过程中要注意以下三点：
　　1、select能监听的文件描述符个数受限于FD_SETSIZE,一般为1024，单纯改变进程打开的文件描述符个数并不能改变select监听文件个数
　　2、解决1024以下客户端时使用select是很合适的，但如果链接客户端过多，select采用的是轮询模型
　　3、select本质上是通过设置或者检查存放fd标志位的数据结构来进行下一步处理。这样所带来的缺点是： 单个进程可监视的fd数量被限制； 需要维护一个用来存放大量fd的数据结构，这样会使得用户空间和内核空间在传递该结构时复制开销大； 对socket进行扫描时是线性扫描

#include <sys/select.h>

/* According to earlier standards */
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,
fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

nfds: 监控的文件描述符集里最大文件描述符加1，因为此参数会告诉内核检测前多少个文件描述符的状态
readfds：监控有读数据到达文件描述符集合，传入传出参数
writefds：监控写数据到达文件描述符集合，传入传出参数
exceptfds：监控异常发生达文件描述符集合,如带外数据到达异常，传入传出参数
timeout：定时阻塞监控时间，3种情况：
         1.NULL，永远等下去
         2.设置timeval，等待固定时间
         3.设置timeval里时间均为0，检查描述字后立即返回，轮询

struct timeval {
        long tv_sec; /* seconds */
        long tv_usec; /* microseconds */
    };


void FD_CLR(int fd, fd_set *set);   把文件描述符集合里fd清0
int FD_ISSET(int fd, fd_set *set);  测试文件描述符集合里fd是否置1
void FD_SET(int fd, fd_set *set);   把文件描述符集合里fd位置1
void FD_ZERO(fd_set *set);          把文件描述符集合里所有位清0

/* server.c */

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include "wrap.h"

#define MAXLINE 80
#define SERV_PORT 8000

int main(int argc, char *argv[])
{
    int i, maxi, maxfd, listenfd, connfd, sockfd;
    int nready, client[FD_SETSIZE]; /* FD_SETSIZE 默认为1024 */
    ssize_t n;
    fd_set rset, allset;
    char buf[MAXLINE];
    char str[INET_ADDRSTRLEN]; /* #define INET_ADDRSTRLEN 16 */
    socklen_t cliaddr_len;
    struct sockaddr_in cliaddr, servaddr;

    listenfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
    Bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));

    Listen(listenfd, 20); /* 默认最大128 */

    /**************select开始准备******************/
    maxfd = listenfd; /* 初始化*/
    maxi = -1; /* client[]的下标*/
    for (i = 0; i < FD_SETSIZE; i++)
        client[i] = -1; /* 用-1初始化client[] */

    FD_ZERO(&allset);
    FD_SET(listenfd, &allset); /* 构造select监控文件描述符集*/

    while(1)
    {
        rset = allset; /* 每次循环时都从新设置select监控信号集*/
        nready = select(maxfd+1, &rset, NULL, NULL, NULL);//开始监控,是传入传出参数,传出的是有回应的select集

        if (nready < 0)
            perr_exit("select error");

        if (FD_ISSET(listenfd, &rset))//检测是否为listenfd响应
        { /* new client connection */
            cliaddr_len = sizeof(cliaddr);
            connfd = Accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &cliaddr_len);
            printf("received from %s at PORT %d\n",
                    inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr, str, sizeof(str)),
                    ntohs(cliaddr.sin_port));
            for (i = 0; i < FD_SETSIZE; i++)
                if (client[i] < 0)
                {
                    client[i] = connfd; /* 保存accept返回的文件描述符到client[]里,原来都被初始化为-1,client用于保存服务器和客户用于通信的socket的文件描述符*/
                    break;
                }
            /* 达到select能监控的文件个数上限1024 */
            if (i == FD_SETSIZE) {
                fputs("too many clients\n", stderr);
                exit(1);
            }

            FD_SET(connfd, &allset); /* 添加一个新的文件描述符到select监控信号集里*/
            if (connfd > maxfd)
                maxfd = connfd; /* select第一个参数需要修改 */
            if (i > maxi)
                maxi = i; /* 更新client[]最大下标值*/
            if (--nready == 0)
                continue; /* 如果没有更多的就绪文件描述符继续回到上面select阻塞监听,负责处理未
                             处理完的就绪文件描述符*/
        }


        for (i = 0; i <= maxi; i++)
        { /* 检测哪个clients 有数据就绪*/
            if ( (sockfd = client[i]) < 0)
                continue;
            if (FD_ISSET(sockfd, &rset))
            {
                if ( (n = Read(sockfd, buf, MAXLINE)) == 0)
                {
                    /* 当client关闭链接时，服务器端也关闭对应链接*/
                    Close(sockfd);
                    FD_CLR(sockfd, &allset); /* 解除select监控此文件描述符*/
                    client[i] = -1;
                } else
                {
                    int j;
                    for (j = 0; j < n; j++)
                        buf[j] = toupper(buf[j]);
                    Write(sockfd, buf, n);
                }
                if (--nready == 0)
                    break;
            }
        }
    }
    close(listenfd);
    return 0;
}

/* client.c */

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <netinet/in.h>
#include "wrap.h"
#define MAXLINE 80
#define SERV_PORT 8000
int main(int argc, char *argv[])
{
    struct sockaddr_in servaddr;
    char buf[MAXLINE];
    int sockfd, n;
    sockfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &servaddr.sin_addr);
    servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
    Connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
    while (fgets(buf, MAXLINE, stdin) != NULL) {
        Write(sockfd, buf, strlen(buf));
        n = Read(sockfd, buf, MAXLINE);
        if (n == 0)
            printf("the other side has been closed.\n");
        else
            Write(STDOUT_FILENO, buf, n);
    }
    Close(sockfd);
    return 0;
}