EEPW论坛

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/.h><sys/> ( maxfdp1,fd_set *readset,fd_set *writeset,fd_set *exceptset,  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。

 原理图：

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：

  1 #include <stdio.h>  2 #include <stdlib.h>  3 #include <string.h>  4 #include <errno.h>  5 #include <netinet/in.h>  6 #include <sys/socket.h>  7 #include <sys/select.h>  8 #include <sys/types.h>  9 #include <netinet/in.h> 10 #include <arpa/inet.h> 11 #include <unistd.h> 12 #include <assert.h> 13  14 #define IPADDR      "127.0.0.1" 15 #define PORT        8787 16 #define MAXLINE     1024 17 #define LISTENQ     5 18 #define SIZE        10 19  20 typedef struct server_context_st 21 { 22     int cli_cnt;        /*客户端个数*/ 23     int clifds[SIZE];   /*客户端的个数*/ 24     fd_set allfds;      /*句柄集合*/ 25     int maxfd;          /*句柄最大值*/ 26 } server_context_st; 27 static server_context_st *s_srv_ctx = NULL; 28 /*=========================================================================== 29  * ==========================================================================*/ 30 static int create_server_proc(const char* ip,int port) 31 { 32     int  fd; 33     struct sockaddr_in servaddr; 34     fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0); 35     if (fd == -1) { 36         fprintf(stderr, "create socket fail,erron:%d,reason:%s\n", 37                 errno, strerror(errno)); 38         return -1; 39     } 40  41     /*一个端口释放后会等待两分钟之后才能再被使用，SO_REUSEADDR是让端口释放后立即就可以被再次使用。*/ 42     int reuse = 1; 43     if (setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse)) == -1) { 44         return -1; 45     } 46  47     bzero(&servaddr,sizeof(servaddr)); 48     servaddr.sin_family = AF_INET; 49     inet_pton(AF_INET,ip,&servaddr.sin_addr); 50     servaddr.sin_port = htons(port); 51  52     if (bind(fd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) == -1) { 53         perror("bind error: "); 54         return -1; 55     } 56  57     listen(fd,LISTENQ); 58  59     return fd; 60 } 61  62 static int accept_client_proc(int srvfd) 63 { 64     struct sockaddr_in cliaddr; 65     socklen_t cliaddrlen; 66     cliaddrlen = sizeof(cliaddr); 67     int clifd = -1; 68  69     printf("accpet clint proc is called.\n"); 70  71 ACCEPT: 72     clifd = accept(srvfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&cliaddrlen); 73  74     if (clifd == -1) { 75         if (errno == EINTR) { 76             goto ACCEPT; 77         } else { 78             fprintf(stderr, "accept fail,error:%s\n", strerror(errno)); 79             return -1; 80         } 81     } 82  83     fprintf(stdout, "accept a new client: %s:%d\n", 84             inet_ntoa(cliaddr.sin_addr),cliaddr.sin_port); 85  86     //将新的连接描述符添加到数组中 87     int i = 0; 88     for (i = 0; i < SIZE; i++) { 89         if (s_srv_ctx->clifds[i] < 0) { 90             s_srv_ctx->clifds[i] = clifd; 91             s_srv_ctx->cli_cnt++; 92             break; 93         } 94     } 95  96     if (i == SIZE) { 97         fprintf(stderr,"too many clients.\n"); 98         return -1; 99     }100101 }102 103 static int handle_client_msg(int fd, char *buf) 
104 {105     assert(buf);106     printf("recv buf is :%s\n", buf);107     write(fd, buf, strlen(buf) +1);108     return 0;109 }110 111 static void recv_client_msg(fd_set *readfds)112 {113     int i = 0, n = 0;114     int clifd;115     char buf[MAXLINE] = {0};116     for (i = 0;i <= s_srv_ctx->cli_cnt;i++) {117         clifd = s_srv_ctx->clifds[i];118         if (clifd < 0) {119             continue;120         }121         /*判断客户端套接字是否有数据*/122         if (FD_ISSET(clifd, readfds)) {123             //接收客户端发送的信息124             n = read(clifd, buf, MAXLINE);125             if (n <= 0) {126                 /*n==0表示读取完成，客户都关闭套接字*/127                 FD_CLR(clifd, &s_srv_ctx->allfds);128                 close(clifd);129                 s_srv_ctx->clifds[i] = -1;130                 continue;131             }132             handle_client_msg(clifd, buf);133         }134     }135 }136 static void handle_client_proc(int srvfd)137 {138     int  clifd = -1;139     int  retval = 0;140     fd_set *readfds = &s_srv_ctx->allfds;141     struct timeval tv;142     int i = 0;143 144     while (1) {145         /*每次调用select前都要重新设置文件描述符和时间，因为事件发生后，文件描述符和时间都被内核修改啦*/146         FD_ZERO(readfds);147         /*添加监听套接字*/148         FD_SET(srvfd, readfds);149         s_srv_ctx->maxfd = srvfd;150 151         tv.tv_sec = 30;152         tv.tv_usec = 0;153         /*添加客户端套接字*/154         for (i = 0; i < s_srv_ctx->cli_cnt; i++) {155             clifd = s_srv_ctx->clifds[i];156             /*去除无效的客户端句柄*/157             if (clifd != -1) {158                 FD_SET(clifd, readfds);159             }160             s_srv_ctx->maxfd = (clifd > s_srv_ctx->maxfd ? clifd : s_srv_ctx->maxfd);161         }162 163         /*开始轮询接收处理服务端和客户端套接字*/164         retval = select(s_srv_ctx->maxfd + 1, readfds, NULL, NULL, &tv);165         if (retval == -1) {166             fprintf(stderr, "select error:%s.\n", strerror(errno));167             return;168         }169         if (retval == 0) {170             fprintf(stdout, "select is timeout.\n");171             continue;172         }173         if (FD_ISSET(srvfd, readfds)) {174             /*监听客户端请求*/175             accept_client_proc(srvfd);176         } else {177             /*接受处理客户端消息*/178             recv_client_msg(readfds);179         }180     }181 }182 183 static void server_uninit()184 {185     if (s_srv_ctx) {186         free(s_srv_ctx);187         s_srv_ctx = NULL;188     }189 }190 191 static int server_init()192 {193     s_srv_ctx = (server_context_st *)malloc(sizeof(server_context_st));194     if (s_srv_ctx == NULL) {195         return -1;196     }197 198     memset(s_srv_ctx, 0, sizeof(server_context_st));199 200     int i = 0;201     for (;i < SIZE; i++) {202         s_srv_ctx->clifds[i] = -1;203     }204 205     return 0;206 }207 208 int main(int argc,char *argv[])209 {210     int  srvfd;211     /*初始化服务端context*/212     if (server_init() < 0) {213         return -1;214     }215     /*创建服务,开始监听客户端请求*/216     srvfd = create_server_proc(IPADDR, PORT);217     if (srvfd < 0) {218         fprintf(stderr, "socket create or bind fail.\n");219         goto err;220     }221     /*开始接收并处理客户端请求*/222     handle_client_proc(srvfd);223     server_uninit();224     return 0;225 err:226     server_uninit();227     return -1;228 }

客户端程序如下：

 1 #include <netinet/in.h> 2 #include <sys/socket.h> 3 #include <stdio.h> 4 #include <string.h> 5 #include <stdlib.h> 6 #include <sys/select.h> 7 #include <time.h> 8 #include <unistd.h> 9 #include <sys/types.h>10 #include <errno.h>11 12 #define MAXLINE 102413 #define IPADDRESS "127.0.0.1"14 #define SERV_PORT 878715 16 #define max(a,b) (a > b) ? a : b17 18 static void handle_recv_msg(int sockfd, char *buf) 
19 {20 printf("client recv msg is:%s\n", buf);21 sleep(5);22 write(sockfd, buf, strlen(buf) +1);23 }24 25 static void handle_connection(int sockfd)26 {27 char sendline[MAXLINE],recvline[MAXLINE];28 int maxfdp,stdineof;29 fd_set readfds;30 int n;31 struct timeval tv;32 int retval = 0;33 34 while (1) {35 36 FD_ZERO(&readfds);37 FD_SET(sockfd,&readfds);38 maxfdp = sockfd;39 40 tv.tv_sec = 5;41 tv.tv_usec = 0;42 43 retval = select(maxfdp+1,&readfds,NULL,NULL,&tv);44 45 if (retval == -1) {46 return ;47 }48 49 if (retval == 0) {50 printf("client timeout.\n");51 continue;52 }53 54 if (FD_ISSET(sockfd, &readfds)) {55 n = read(sockfd,recvline,MAXLINE);56 if (n <= 0) {57 fprintf(stderr,"client: server is closed.\n");58 close(sockfd);59 FD_CLR(sockfd,&readfds);60 return;61 }62 63 handle_recv_msg(sockfd, recvline);64 }65 }66 }67 68 int main(int argc,char *argv[])69 {70 int sockfd;71 struct sockaddr_in servaddr;72 73 sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);74 75 bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));76 servaddr.sin_family = AF_INET;77 servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);78 inet_pton(AF_INET,IPADDRESS,&servaddr.sin_addr);79 80 int retval = 0;81 retval = connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));82 if (retval < 0) {83 fprintf(stderr, "connect fail,error:%s\n", strerror(errno));84 return -1;85 }86 87 printf("client send to server .\n");88 write(sockfd, "hello server", 32);89 90 handle_connection(sockfd);91 92 return 0;93 }

4、程序结果

　　启动服务程序，执行三个个客户程序进行测试，结果如下图所示：