【Linux C | I/O模型】IO复用 | select、pselect函数详解(看完就会用了)

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🤣本文内容🤣：🍭介绍select函数 🍭
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⏰发布时间⏰：2024-02-01 17:19:49

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🎄一、概述

在Unix / Linux系统中，有五种IO模型：阻塞I/O模型、非阻塞I/O模型、复用式I/O模型、信号驱动式I/O模型、异步I/O模型。其中，复用式I/O模型的实现方式之一就是使用select函数来阻塞等待内核准备好数据，等数据准备好了之后，再通知应用层的进程调用IO操作函数来获取数据。

下面将介绍select函数以及select函数的使用方法。

🎄二、select 函数介绍

select 函数原型：

#include<sys/select.h>#include<sys/time.h>intselect(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,
                  fd_set *exceptfds,structtimeval*timeout);

select允许调用进程监视多个文件描述符，等待一个或多个文件描述符的I/O操作(读、写、异常)

准备就绪

。

准备就绪

是指该描述符执行相应的I/O操作(读、写、异常)不会等待(阻塞)了，可以直接返回。

参数说明：

• nfds：填一个描述符数值，该数值等于三个集合(readfds、writefds、exceptfds)中最大文件描述符加1。 例如：readfds、writefds、exceptfds中最大的描述符是58，则nfsd就填59。
• readfds：传入传出参数，要监视的进行读取操作的描述符集合；
• writefds：传入传出参数，要监视的进行写取操作的描述符集合；
• exceptfds：传入传出参数，要监视的可能出现异常的描述符集合；
• timeout：该参数指定select函数应阻止等待文件描述符准备就绪的时间间隔。这个参数有三种可能： - 1、timeout设置为NULL：一直阻塞等待，直到有描述符准备就绪；- 2、timeout设置一定的时间：阻塞等待timeout设置的时间，期间有描述符准备就绪就返回，没有就等到时间结束返回。- 3、timeout设置的时间为0：不等待，检查描述符后直接返回。

返回值：成功返回已准备就绪的描述符数，且对应的描述符集会返回已准备就绪的描述符；超时返回0；失败返回-1。

🎄三、select 函数使用步骤

select函数的使用步骤主要分成4步，前3步是为了调用函数，第4步是检查我们刚兴趣的描述符是否准备就绪：

• 1、添加感兴趣的描述符到对应的描述符集； 这个主要针对select函数中间的三个参数，它们都是fd_set类型的，可以使用下面4个宏来操作该类型：voidFD_CLR(int fd, fd_set *set);// 从描述符集删除 fdintFD_ISSET(int fd, fd_set *set);// 检查描述符集是否包含了 fdvoidFD_SET(int fd, fd_set *set);// 设置 fd 到描述符集voidFD_ZERO(fd_set *set);// 清空描述符集
• 2、计算出所添加的所有描述符中最大的描述符，把该描述符加1，设置到select函数的第一个参数；
• 3、根据需求设置等待时长。structtimeval{time_t tv_sec;// secondssuseconds_t tv_usec;// microseconds-微秒};
• 4、函数成功返回后，如果有准备就像的描述符，会从设置的描述符集中返回。可以调用宏FD_ISSET来检查哪个描述符准备就像。

🎄四、select 函数使用例子

下面使用TCP套接字来演示select的使用例子，如果要执行的话，分别保存服务端、客户端代码为

select_tcpSer.c

、

select_tcpCli.c

，然后执行下面代码编译：

gcc select_tcpSer.c -o ser 
gcc select_tcpCli.c -o cli

然后先在一个命令行窗口运行服务端

./ser

，再重新打开一个命令行窗口运行客户端

./cli

。下面是服务端的运行结果：

TCP服务端代码如下：使用select阻塞等待可读描述符返回。

#include<stdio.h>#include<string.h>#include<sys/socket.h>#include<arpa/inet.h>#include<netinet/in.h>#include<sys/select.h>#include<sys/time.h>intselect_wait(int listenFd,int connFd[10],int connNum){// 1、添加感兴趣的描述符到可读描述符集
    fd_set read_set;FD_ZERO(&read_set);FD_SET(listenFd,&read_set);int i =0;for(i=0; i<connNum; i++){FD_SET(connFd[i],&read_set);}// 2、计算出最大描述符int maxFd = listenFd;for(i=0; i<connNum; i++){if(connFd[i]>maxFd)
            maxFd = connFd[i];}
    maxFd++;// 3、设置等待时长2分钟structtimeval timeout;
    timeout.tv_sec =2*60;
    timeout.tv_usec=0;int ret =select(maxFd,&read_set,NULL,NULL,&timeout);// 阻塞等待if(ret >0)// 即使有多个fd可读，我们也只返回一个描述符，其他的下次处理{printf("success, Number of descriptors returned is %d\n", ret);if(FD_ISSET(listenFd,&read_set)){return listenFd;}for(i=0; i<connNum; i++){if(FD_ISSET(connFd[i],&read_set)){return connFd[i];}}}elseif(ret ==0){printf("select timeout\n");}return-1;}intdel_connfd(int connFds[10],int connNum,int delFd)// 从connFds数组中删除delFd{int tmpFds[10]={0,};int i =0, index =0;;memcpy(tmpFds, connFds, connNum*sizeof(connFds[0]));for(i=0; i<connNum; i++){if(tmpFds[i]!= delFd){
            connFds[index++]= tmpFds[i];}}return index;}intmain(){// 1、创建TCP套接字socketint sockfd =socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0);if(sockfd<0){perror("socket error");return-1;}// 2、准备服务端ip和端口structsockaddr_in servaddr;bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port =htons(10086);
    servaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;// 指定ip地址为 INADDR_ANY，这样要是服务器主机有多个网络接口，服务器进程就可以在任一网络接口上接受客户端的连接// 3、绑定 bindif(bind(sockfd,(structsockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr))<0){perror("bind error");return-1;}// 4、监听 listenif(listen(sockfd,10)!=0){perror("listen error");return-1;}printf("TcpSer sockfd=%d, start listening\n",sockfd);char recvline[256];int connFds[10];int connNum =0;while(1){int readableFd =select_wait(sockfd, connFds, connNum);if(readableFd == sockfd)// 监听描述符可读，使用accept获取客户端套接字{printf("listenFd %d is alread to read, calling accept\n", sockfd);int connfd =accept(sockfd,NULL,NULL);if(connfd <0){perror("accept error");return-1;}
            connFds[connNum]= connfd;
            connNum++;}else// 客户端发数据过来，读取打印{int connfd = readableFd;printf("connfd %d is alread to read\n", connfd);int n =read(connfd, recvline,sizeof(recvline));if(n>0){
                recvline[n]=0;/*null terminate */printf("recv connfd=%d [%s]\n",connfd,recvline);write(connfd,"Hello,I am tcp server",strlen("Hello,I am tcp server"));}printf("close connfd=%d\n",connfd);close(connfd);
            connNum =del_connfd(connFds, connNum, connfd);}}// 7、关闭close(sockfd);return0;}

TCP客户端代码如下，连接服务端后发送数据、读取数据：

#include<stdio.h>#include<string.h>#include<sys/socket.h>#include<arpa/inet.h>#include<netinet/in.h>intmain(){// 1、创建TCP套接字socketint sockfd =socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0);if(sockfd<0){perror("socket error");return-1;}// 2、准备服务端ip和端口structsockaddr_in servaddr;bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port =htons(10086);if(inet_pton(AF_INET,"127.0.0.1",&servaddr.sin_addr)<=0)// 设置本机IP为服务端IPperror("inet_pton error");// 3、连接 connectif(connect(sockfd,(structsockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr))<0){perror("connect error");return-1;}// 4、交换数据printf("TcpCli sockfd=%d, send msg\n",sockfd);write(sockfd,"Hello,I am tcp client",strlen("Hello,I am tcp client"));char recvline[256];int n =0;while((n =read(sockfd, recvline,sizeof(recvline)))>0){
        recvline[n]=0;/*null terminate */printf("recv[%s]\n",recvline);}if(n <0)perror("read error");// 5、关闭printf("close fd %d\n",sockfd);close(sockfd);return0;}

🎄五、pselect 函数及例子

在Linux系统中还有个

pselect

函数，其函数原型如下：

#include<sys/select.h>intpselect(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,
            fd_set *exceptfds,conststructtimespec*timeout,constsigset_t*sigmask);

可以看到，和select基本差不多，但有下面三个区别：

• 1、select函数使用的timeout参数是struct timeval(以秒和微秒表示)类型的，而pselect函数使用struct timespec(以秒或纳秒表示)。
• 2、select可以更新timeout参数以指示剩余的时间。pselect的timeout参数声明为const确保其不会更改此参数。
• 3、pselect可以选择使用的信号屏蔽字。若sigmask为空，那么在与信号有关的方面，pselect的运行状况和select相同。否则，sigmask指向一信号屏蔽字，在调用pselect时，以原子操作的方式安装该信号屏蔽字。在返回时恢复以前的信号屏蔽字。

下面将select函数例子的服务端修改为pselect函数，且屏蔽掉

ctrl+c

产生的信号，修改后代码如下，客户端还是用前面的客户端即可：

#include<stdio.h>#include<string.h>#include<sys/socket.h>#include<arpa/inet.h>#include<netinet/in.h>#include<sys/select.h>#include<sys/time.h>#include<signal.h>intselect_wait(int listenFd,int connFd[10],int connNum){// 1、添加感兴趣的描述符到可读描述符集
    fd_set read_set;FD_ZERO(&read_set);FD_SET(listenFd,&read_set);int i =0;for(i=0; i<connNum; i++){FD_SET(connFd[i],&read_set);}// 2、计算出最大描述符int maxFd = listenFd;for(i=0; i<connNum; i++){if(connFd[i]>maxFd)
            maxFd = connFd[i];}
    maxFd++;// 3、设置等待时长2分钟structtimespec timeout;
    timeout.tv_sec =2*60;
    timeout.tv_nsec=0;sigset_t sigmask;sigemptyset(&sigmask);sigaddset(&sigmask, SIGINT);// ctrl + cint ret =pselect(maxFd,&read_set,NULL,NULL,&timeout,&sigmask);// 阻塞等待if(ret >0)// 即使有多个fd可读，我们也只返回一个描述符，其他的下次处理{printf("success, Number of descriptors returned is %d\n", ret);if(FD_ISSET(listenFd,&read_set)){return listenFd;}for(i=0; i<connNum; i++){if(FD_ISSET(connFd[i],&read_set)){return connFd[i];}}}elseif(ret ==0){printf("select timeout\n");}return-1;}intdel_connfd(int connFds[10],int connNum,int delFd)// 从connFds数组中删除delFd{int tmpFds[10]={0,};int i =0, index =0;;memcpy(tmpFds, connFds, connNum*sizeof(connFds[0]));for(i=0; i<connNum; i++){if(tmpFds[i]!= delFd){
            connFds[index++]= tmpFds[i];}}return index;}intmain(){// 1、创建TCP套接字socketint sockfd =socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0);if(sockfd<0){perror("socket error");return-1;}// 2、准备服务端ip和端口structsockaddr_in servaddr;bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port =htons(10086);
    servaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;// 指定ip地址为 INADDR_ANY，这样要是服务器主机有多个网络接口，服务器进程就可以在任一网络接口上接受客户端的连接// 3、绑定 bindif(bind(sockfd,(structsockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr))<0){perror("bind error");return-1;}// 4、监听 listenif(listen(sockfd,10)!=0){perror("listen error");return-1;}printf("TcpSer sockfd=%d, start listening\n",sockfd);char recvline[256];int connFds[10];int connNum =0;while(1){int readableFd =select_wait(sockfd, connFds, connNum);if(readableFd == sockfd)// 监听描述符可读，使用accept获取客户端套接字{printf("listenFd %d is alread to read, calling accept\n", sockfd);int connfd =accept(sockfd,NULL,NULL);if(connfd <0){perror("accept error");return-1;}
            connFds[connNum]= connfd;
            connNum++;}else// 客户端发数据过来，读取打印{int connfd = readableFd;printf("connfd %d is alread to read\n", connfd);int n =read(connfd, recvline,sizeof(recvline));if(n>0){
                recvline[n]=0;/*null terminate */printf("recv connfd=%d [%s]\n",connfd,recvline);write(connfd,"Hello,I am tcp server",strlen("Hello,I am tcp server"));}printf("close connfd=%d\n",connfd);close(connfd);
            connNum =del_connfd(connFds, connNum, connfd);}}// 7、关闭close(sockfd);return0;}

保存为

pselect_tcpSer.c

，编译运行后，结果如下，

执行完按

ctrl+c

无法结束进程，可以用

kill -9 pid进程号

终止该进程，操作如下：

$ ps aux |grep ser
wkd        514480.00.042121436 pts/12   S+   17:09   0:00 ./ser
wkd        514510.00.1159602092 pts/17   S+   17:10   0:00 grep--color=auto ser
$ kill-951448

或者等待pselect超时后，会处理ctrl+c的信号的，也就退出了

🎄六、总结

👉本文先是介绍select函数，然后介绍使用select的步骤，并给出了使用select的C语言例子，最后介绍了pselect函数并给出C语言使用例子。看完有不懂的，可以留意。

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