linux select函数详解

 

linux select函数详解

 

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)

   有了这些返回信息，我们可以调用合适的I/O函数(通常是 read 或 write)，并且这些函数不会再阻塞.

#include <sys/select.h>        int select(int maxfdp1, fd_set *readset, fd_set *writeset, fd_set *exceptset,struct timeval *timeout);

   

   返回：做好准备的文件描述符的个数，超时为0，错误为 -1.

   

   首先我们先看一下最后一个参数。它指明我们要等待的时间：

struct timeval{      

        long tv_sec;   /*秒 */

        long tv_usec;  /*微秒 */   

    }

   

   有三种情况：

    timeout == NULL  等待无限长的时间。等待可以被一个信号中断。当有一个描述符做好准备或者是捕获到一个信号时函数会返回。如果捕获到一个信号， select函数将返回 -1,并将变量 erro设为 EINTR。

    timeout->tv_sec == 0 &&timeout->tv_usec == 0不等待，直接返回。加入描述符集的描述符都会被测试，并且返回满足要求的描述符的个数。这种方法通过轮询，无阻塞地获得了多个文件描述符状态。

    timeout->tv_sec !=0 ||timeout->tv_usec!= 0 等待指定的时间。当有描述符符合条件或者超过超时时间的话，函数返回。在超时时间即将用完但又没有描述符合条件的话，返回 0。对于第一种情况，等待也会被信号所中断。

   

   中间的三个参数 readset, writset, exceptset,指向描述符集。这些参数指明了我们关心哪些描述符，和需要满足什么条件(可写，可读，异常)。一个文件描述集保存在 fd_set 类型中。fd_set类型变量每一位代表了一个描述符。我们也可以认为它只是一个由很多二进制位构成的数组。如下图所示：

   

   对于 fd_set类型的变量我们所能做的就是声明一个变量，为变量赋一个同种类型变量的值，或者使用以下几个宏来控制它：

#include <sys/select.h>    int FD_ZERO(int fd, fd_set *fdset);    int FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);    int FD_SET(int fd, fd_set *fd_set);    int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);

    FD_ZERO宏将一个 fd_set类型变量的所有位都设为 0，使用FD_SET将变量的某个位置位。清除某个位时可以使用 FD_CLR，我们可以使用 FD_ISSET来测试某个位是否被置位。

   当声明了一个文件描述符集后，必须用FD_ZERO将所有位置零。之后将我们所感兴趣的描述符所对应的位置位，操作如下：

fd_set rset;    int fd;    FD_ZERO(&rset);    FD_SET(fd, &rset);    FD_SET(stdin, &rset);</span>

    

    select返回后，用FD_ISSET测试给定位是否置位：

if(FD_ISSET(fd, &rset)    { ... }

具体解释select的参数：

（1）intmaxfdp是一个整数值，是指集合中所有文件描述符的范围，即所有文件描述符的最大值加1，不能错。

说明：对于这个原理的解释可以看上边fd_set的详细解释，fd_set是以位图的形式来存储这些文件描述符。maxfdp也就是定义了位图中有效的位的个数。

（2）fd_set*readfds是指向fd_set结构的指针，这个集合中应该包括文件描述符，我们是要监视这些文件描述符的读变化的，即我们关心是否可以从这些文件中读取数据了，如果这个集合中有一个文件可读，select就会返回一个大于0的值，表示有文件可读；如果没有可读的文件，则根据timeout参数再判断是否超时，若超出timeout的时间，select返回0，若发生错误返回负值。可以传入NULL值，表示不关心任何文件的读变化。

（3）fd_set*writefds是指向fd_set结构的指针，这个集合中应该包括文件描述符，我们是要监视这些文件描述符的写变化的，即我们关心是否可以向这些文件中写入数据了，如果这个集合中有一个文件可写，select就会返回一个大于0的值，表示有文件可写，如果没有可写的文件，则根据timeout参数再判断是否超时，若超出timeout的时间，select返回0，若发生错误返回负值。可以传入NULL值，表示不关心任何文件的写变化。

（4）fd_set*errorfds同上面两个参数的意图，用来监视文件错误异常文件。

（5）structtimeval* timeout是select的超时时间，这个参数至关重要，它可以使select处于三种状态，第一，若将NULL以形参传入，即不传入时间结构，就是将select置于阻塞状态，一定等到监视文件描述符集合中某个文件描述符发生变化为止；第二，若将时间值设为0秒0毫秒，就变成一个纯粹的非阻塞函数，不管文件描述符是否有变化，都立刻返回继续执行，文件无变化返回0，有变化返回一个正值；第三，timeout的值大于0，这就是等待的超时时间，即 select在timeout时间内阻塞，超时时间之内有事件到来就返回了，否则在超时后不管怎样一定返回，返回值同上述。

说明：

函数返回：

（1）当监视的相应的文件描述符集中满足条件时，比如说读文件描述符集中有数据到来时，内核(I/O)根据状态修改文件描述符集，并返回一个大于0的数。

（2）当没有满足条件的文件描述符，且设置的timeval监控时间超时时，select函数会返回一个为0的值。

（3）当select返回负值时，发生错误。

理解select模型：

理解select模型的关键在于理解fd_set,为说明方便，取fd_set长度为1字节，fd_set中的每一bit可以对应一个文件描述符fd。则1字节长的fd_set最大可以对应8个fd。

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

（2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);后set变为0001,0000(第5位置为1)

（3）若再加入fd＝2，fd=1,则set变为0001,0011

（4）执行select(6,&set,0,0,0)阻塞等待

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

基于上面的讨论，可以轻松得出select模型的特点：

（1)可监控的文件描述符个数取决与sizeof(fd_set)的值。我这边服务器上sizeof(fd_set)＝512，每bit表示一个文件描述符，则我服务器上支持的最大文件描述符是512*8=4096。据说可调，另有说虽然可调，但调整上限受于编译内核时的变量值。

（2）将fd加入select监控集的同时，还要再使用一个数据结构array保存放到select监控集中的fd，一是用于再select返回后，array作为源数据和fd_set进行FD_ISSET判断。二是select返回后会把以前加入的但并无事件发生的fd清空，则每次开始 select前都要重新从array取得fd逐一加入（FD_ZERO最先），扫描array的同时取得fd最大值maxfd，用于select的第一个参数。

（3）可见select模型必须在select前循环array（加fd，取maxfd），select返回后循环array（FD_ISSET判断是否有时间发生）。

基本原理

 select()系统调用代码走读

调用顺序如下：sys_select() à core_sys_select() à do_select() à fop->poll()

 

 

 

 

 

 

 

 

 

参考资料：

http://blog.csdn.net/tianmohust/article/details/6595998 

http://www.cnblogs.com/jinmu190/archive/2010/11/21/1883184.html

 

 

 

 

linux：select()函数详解

一.Select 函数详细介绍

Select在Socket编程中还是比较重要的，可是对于初学Socket的人来说都不太爱用Select写程序，他们只是习惯写诸如connect、 accept、recv或recvfrom这样的阻塞程序（所谓阻塞方式block，顾名思义，就是进程或是线程执行到这些函数时必须等待某个事件的发 生，如果事件没有发生，进程或线程就被阻塞，函数不能立即返回）。
可是使用Select就可以完成非阻塞（所谓非阻塞方式non-block，就是进程或线程执行此函数时不必非要等待事件的发生，一旦执行肯定返回，以返 回值的不同来反映函数的执行情况，如果事件发生则与阻塞方式相同，若事件没有发生则返回一个代码来告知事件未发生，而进程或线程继续执行，所以效率较高） 方式工作的程序，它能够监视我们需要监视的文件描述符的变化情况–读写或是异常。

下面详细介绍一下：
Select的函数格式(我所说的是Unix系统下的伯克利socket编程，和windows下的有区别，一会儿说明)：
int select(int maxfdp,fd_set *readfds,fd_set *writefds,fd_set *errorfds,struct timeval *timeout);

先说明两个结构体：
第一 .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(filedescriptor)，即文件句柄，这可以是我们所说的普通意义的文件，当然 Unix下任何设备、管道、FIFO等都是文件形式，全部包括在内，所以毫无疑问一个socket就是一个文件，socket句柄就是一个文件描述符。
fd_set集合可以通过一些宏由人为来操作，比如：
FD_ZERO(fd_set *);清空集合
FD_SET(int, fd_set *);将一个给定的文件描述符加入集合之中
FD_CLR(int, fd_set*); 将一个给定的文件描述符从集合中删除
检查集合中指定的文件描述符是否可以读写FD_ISSET(int ,fd_set* )。一会儿举例说明。

第二 .struct timeval 是一个大家常用的结构，用来代表时间值，有两个成员，一个是秒数，另一个是微秒。 具体解释select的参数：
int maxfdp：是一个整数值，是指集合中所有文件描述符的范围，即所有文件描述符的最大值加1，不能错！在Windows中这个参数的值无所谓，可以设置不正确。

fd_set* readfds：是指向fd_set结构的指针，这个集合中应该包括文件描述符，我们是要监视这些文件描述符的读变化的，即我们关心是否可以从这些文件中 读取数据了，如果这个集合中有一个文件可读，select就会返回一个大于0的值，表示有文件可读，如果没有可读的文件，则根据timeout参数再判断 是否超时，若超出timeout的时间，select返回0，若发生错误返回负值。可以传入NULL值，表示不关心任何文件的读变化。
fd_set* writefds：是指向fd_set结构的指针，这个集合中应该包括文件描述符，我们是要监视这些文件描述符的写变化的，即我们关心是否可以向这些文件 中写入数据了，如果这个集合中有一个文件可写，select就会返回一个大于0的值，表示有文件可写，如果没有可写的文件，则根据timeout参数再判 断是否超时，若超出timeout的时间，select返回0，若发生错误返回负值。可以传入NULL值，表示不关心任何文件的写变化。
fd_set * errorfds：同上面两个参数的意图，用来监视文件错误异常。

struct timeval* timeout：是select的超时时间，这个参数至关重要，它可以使select处于三种状态：
第一，若将NULL以形参传入，即不传入时间结构，就是将select置于阻塞状态，一定等到监视文件描述符集合中某个文件描述符发生变化为止；
第二，若将时间值设为0秒0微秒，就变成一个纯粹的非阻塞函数，不管文件描述符是否有变化，都立刻返回继续执行，文件无变化返回0，有变化返回一个正值；
第三，timeout的值大于0，这就是等待的超时时间，即select在timeout时间内阻塞，超时时间之内有事件到来就返回了，否则在超时后不管怎样一定返回，返回值同上述。

第三.select 返回值：
负值：select错误
正值：某些文件可读写或出错
0：等待超时，没有可读写或错误的文件
在有了select后可以写出像样的网络程序来！
举个简单的例子，就是从网络上接受数据写入一个文件中。

main()  
{  
    int sock;  
    FILE *fp;  
    struct fd_set fds;  
    struct timeval timeout={3,0}; //select等待3秒，3秒轮询，要非阻塞就置0  
    char buffer[256]={0}; //256字节的接收缓冲区  
    /* 假定已经建立UDP连接，具体过程不写，简单，当然TCP也同理，主机ip和port都已经给定，要写的文件已经打开 
    sock=socket(...); 
    bind(...); 
    fp=fopen(...); */  
    while(1)  
   {  
        FD_ZERO(&fds); //每次循环都要清空集合，否则不能检测描述符变化  
        FD_SET(sock,&fds); //添加描述符  
        FD_SET(fp,&fds); //同上  
        maxfdp=sock>fp?sock+1:fp+1;    //描述符最大值加1  
        switch(select(maxfdp,&fds,&fds,NULL,&timeout))   //select使用  
        {  
            case -1: exit(-1);break; //select错误，退出程序  
            case 0:break; //再次轮询  
            default:  
                  if(FD_ISSET(sock,&fds)) //测试sock是否可读，即是否网络上有数据  
                  {  
                        recvfrom(sock,buffer,256,.....);//接受网络数据  
                        if(FD_ISSET(fp,&fds)) //测试文件是否可写  
                            fwrite(fp,buffer...);//写入文件  
                         buffer清空;  
                   }// end if break;  
          }// end switch  
     }//end while  
}//end main   

二.另一个例子：

#include<sys/time.h> 
#include<sys/types.h> 
#include<unistd.h> 

定义函数 int select(int n,fd_set * readfds,fd_set * writefds,fd_set * exceptfds,struct timeval * timeout);
函数说明 select()用来等待文件描述词状态的改变。参数n代表最大的文件描述词加1，参数readfds、writefds 和exceptfds 称为描述词组，是用来回传该描述词的读，写或例外的状况。底下的宏提供了处理这三种描述词组的方式:
FD_CLR(inr fd,fd_set* set)；用来清除描述词组set中相关fd 的位
FD_ISSET(int fd,fd_set *set)；用来测试描述词组set中相关fd 的位是否为真
FD_SET（int fd,fd_set*set）；用来设置描述词组set中相关fd的位
FD_ZERO（fd_set *set）； 用来清除描述词组set的全部位
参数 timeout为结构timeval，用来设置select()的等待时间，其结构定义如下

{  
time_t tv_sec;  
time_t tv_usec;  
};   

返回值 如果参数timeout设为NULL则表示select（）没有timeout。
错误代码 执行成功则返回文件描述词状态已改变的个数，如果返回0代表在描述词状态改变前已超过timeout时间，当有错误发生时则返回-1，错误原因存于errno，此时参数readfds，writefds，exceptfds和timeout的值变成不可预测。
EBADF 文件描述词为无效的或该文件已关闭
EINTR 此调用被信号所中断
EINVAL 参数n 为负值。
ENOMEM 核心内存不足
范例 常见的程序片段:

FD_ZERO(&readset); 
FD_SET(fd,&readset); 
select(fd+1,&readset,NULL,NULL,NULL); 
if(FD_ISSET(fd,readset){……}

下面是linux环境下select的一个简单用法：

  1 #include <sys/time.h>
  2 #include <stdio.h>
  3 #include <sys/types.h>
  4 #include <sys/stat.h>
  5 #include <fcntl.h>
  6 #include <assert.h>
  7 int main ()
  8 {
  9 int keyboard;
 10 int ret,i;
 11 char c;
 12 fd_set readfd;
 13 struct timeval timeout;
 14 keyboard = open("/dev/tty",O_RDONLY | O_NONBLOCK);
 15 assert(keyboard>0);
 16 while(1)
 17     {
 18 timeout.tv_sec=1;
 19 timeout.tv_usec=0;
 20 FD_ZERO(&readfd);
 21 FD_SET(keyboard,&readfd);
 22 ret=select(keyboard+1,&readfd,NULL,NULL,&timeout);
 23 if(FD_ISSET(keyboard,&readfd))
 24     {
 25       i=read(keyboard,&c,1);
 26         if('\n'==c)
 27           continue;
 28         if ('q'==c)
 29         break;
 30         printf("the input is %c/n",c);
 31 
 32       }
 33 }
 34 }

用来循环读取键盘输入
将例子程序作一修改，加上了time out,并且考虑了select得所有的情况：

  1 #include <stdio.h>
  2 #include <sys/types.h>
  3 #include <sys/stat.h>
  4 #include <fcntl.h>
  5 #include <assert.h>
  6 int main ()
  7 {
  8 int keyboard;
  9 int ret,i;
 10 char c;
 11 fd_set readfd;
 12 struct timeval timeout;
 13 keyboard = open("/dev/tty",O_RDONLY | O_NONBLOCK);
 14 assert(keyboard>0);
 15 while(1)
 16 {
 17       timeout.tv_sec=5;
 18       timeout.tv_usec=0;
 19       FD_ZERO(&readfd);
 20       FD_SET(keyboard,&readfd);
 21       ret=select(keyboard+1,&readfd,NULL,NULL,&timeout);
 22       //select error when ret = -1  
 23       if (ret == -1)
 24           perror("select error");
 25       //data coming when ret>0  
 26       else if (ret)
 27       {
 28           if(FD_ISSET(keyboard,&readfd))
 29           {
 30               i=read(keyboard,&c,1);
 31               if('\n'==c)
 32                   continue;
 33               printf("the input is %c\n",c);
 34               if ('q'==c)
 35               break;
 36           }
 37       }
 38       //time out when ret = 0  
 39       else if (ret == 0)
 40           printf("time out/n");
 41 }
 42 }

（程序均已在linux下测试运行）