UNP——第六章，多路转接IO——select

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

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

1.函数介绍

nfds

最大文件描述符+1

通过告诉内核最多需要检查的文件描述符数量，以提高效率，（否则内核需要检查所有的文件描述符）

至于为什么是最大文件描述符值+1，表示 需要检查的文件描述符的数量，原因是 文件描述符从0开始，而数量从1 开始。

 

readfds, writefds, exceptfds

都是传入传出参数

通过位掩码的方式表示监听的文件描述符

      void FD_CLR(int fd, fd_set *set);
       int  FD_ISSET(int fd, fd_set *set);
       void FD_SET(int fd, fd_set *set);
       void FD_ZERO(fd_set *set);

 

timeout

可以选择：

一直阻塞，直到有事件触发

阻塞一段时间，直到有事件触发

不阻塞，立即返回

阻塞可能被信号处理中断，而timeout不是传出参数，所以timeout不会记录剩余的等待时间，而是使用上次的值调用。

如果需要剩余的等待时间，可以在select调用前后记录系统时间以计算。

 

2. 事件触发的情况

 

 

3. 改写客户端

基于select的 str_cli

客户端套接字可能的事件如下

 

void
str_cli(FILE *fp, int sockfd)
{
        int                     maxfdp1;
        fd_set          rset;
        char            sendline[MAXLINE], recvline[MAXLINE];

        FD_ZERO(&rset);
        for ( ; ; ) {
                FD_SET(fileno(fp), &rset);
                FD_SET(sockfd, &rset);
                maxfdp1 = max(fileno(fp), sockfd) + 1;
                Select(maxfdp1, &rset, NULL, NULL, NULL);

                if (FD_ISSET(sockfd, &rset)) {  /* socket is readable */
                        if (Readline(sockfd, recvline, MAXLINE) == 0)
                                err_quit("str_cli: server terminated prematurely");
                        Fputs(recvline, stdout);
                }

                if (FD_ISSET(fileno(fp), &rset)) {  /* input is readable */
                        if (Fgets(sendline, MAXLINE, fp) == NULL)
                                return;         /* all done */
                        Writen(sockfd, sendline, strlen(sendline));
                }
        }
}

 

改进

（1）批量输入

因为程序采用 停等方式，如果采用交互输入，一个RTT的情况如下

可见只用了管道的 1/8 

如果使用文件重定向的方式运行程序，那么会批量输入程序，但运行结果出错，输出文件小于输入文件。

考虑下面情况

当运行到时刻8时，客户端已经read完了文件，所以会close，造成套接字进入半关闭，

如此服务器发送的数据，客户端就无法接受，导致数据丢失。

半关闭
单方面调用close后，
主动关闭方进入 FIN_WAIT_2， 不能进行读写操作
被动关闭方进入 CLOSE_WAIT，能进行读写操作，不过read返回0，write的数据不能传递给对端的应用层（在对端的TCP层被接受后丢弃）。

 

解决方法是：

发送FIN，告诉对方自己已经完成了数据发送，但是仍然保持套接字描述符打开以便读取，

使用 shutdown实现

 

（2）缓冲和 select

select 关于读写操作的事件触发是按照read/write的情况，即不带缓冲的情况，

如果使用 stdio或者自定义的缓冲操作容易造成错误，

如，使用 fgets，当 select 触发后，fgets会尽可能读数据到缓冲，可能读了多行输入，但是一次只返回一行，

于是select触发一次，收到多行输入，但是只处理了一行输入。

 

解决方法：

避免select和缓冲io合用。

 

shutdown函数

为了实现，客户端关闭后，仍能接受对方的输入

       int shutdown(int sockfd, int how);

howto

SHUT_RD
    关闭读，丢弃套接字接受缓冲区所有数据，所有新来的对端数据被悄悄接受，回复，并丢弃

SHUT_WR
    关闭写，套接字发送缓冲区现有数据正常发送，并发送FIN，进程不能对该套接字进行写操作

SHUT_RDWR
    相当于分别调用 SHUT_RD,和SHUT_WR

 

修订版

void
str_cli(FILE *fp, int sockfd)
{
        int                     maxfdp1, stdineof;
        fd_set          rset;
        char            buf[MAXLINE];
        int             n;

        stdineof = 0;
        FD_ZERO(&rset);
        for ( ; ; ) {
                if (stdineof == 0)
                        FD_SET(fileno(fp), &rset);
                FD_SET(sockfd, &rset);
                maxfdp1 = max(fileno(fp), sockfd) + 1;
                Select(maxfdp1, &rset, NULL, NULL, NULL);

                if (FD_ISSET(sockfd, &rset)) {  /* socket is readable */
                        if ( (n = Read(sockfd, buf, MAXLINE)) == 0) {
                                if (stdineof == 1)
                                        return;         /* normal termination */
                                else
                                        err_quit("str_cli: server terminated prematurely");
                        }

                        Write(fileno(stdout), buf, n);
                }

                if (FD_ISSET(fileno(fp), &rset)) {  /* input is readable */
                        if ( (n = Read(fileno(fp), buf, MAXLINE)) == 0) {
                                stdineof = 1;
                                Shutdown(sockfd, SHUT_WR);      /* send FIN */
                                FD_CLR(fileno(fp), &rset);
                                continue;
                        }

                        Writen(sockfd, buf, n);
                }
        }
}

 

select 实现服务器

通过select ，实现单个进程检测多个套接字。

思考需要的数据结构，由于单进程要维护多个客户端连接，即需要区分多个客户端，客户端的区分使用对应套接字，所以需要一个维护已连接客户端的文件描述符数组。

另外，由于使用select，监控read事件，所以需要一个readfds数组。

client中，将未使用的置为-1.

rset中，前三个描述符被占用，fd3为监听套接字。

另外需要思考，添加客户端，和删除客户端，时对上面的数据结构的操作顺序。

对于添加客户端，

　　首先，已经知道的数据，accept获得 connfd，所以client[i] = connfd，FD_SET(connfd, &rset)

　　然后select需要 maxfd1 ，所以需要维护一个maxfd, if(connfd > maxfd) maxfd = connfd;

对于删除客户端

　　首先，已经知道的数据：FD_ISSET(fd, &rset) 获得 connfd，所以 if(client[i] == fd) client[i] = -1; FD_CLR(fd, &rset)

　　对于maxfd1，不方便处理，所以就不处理了，比较几乎不会影响效率。

/* include fig01 */
#include    "unp.h"

int
main(int argc, char **argv)
{
    int                    i, maxi, maxfd, listenfd, connfd, sockfd;
    int                    nready, client[FD_SETSIZE];
    ssize_t                n;
    fd_set                rset, allset;
    char                buf[MAXLINE];
    socklen_t            clilen;
    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, (SA *) &servaddr, sizeof(servaddr));

    Listen(listenfd, LISTENQ);

    maxfd = listenfd;            /* initialize */
    maxi = -1;                    /* index into client[] array */
    for (i = 0; i < FD_SETSIZE; i++)
        client[i] = -1;            /* -1 indicates available entry */
    FD_ZERO(&allset);
    FD_SET(listenfd, &allset);
/* end fig01 */

/* include fig02 */
    for ( ; ; ) {
        rset = allset;        /* structure assignment */
        nready = Select(maxfd+1, &rset, NULL, NULL, NULL);

        if (FD_ISSET(listenfd, &rset)) {    /* new client connection */
            clilen = sizeof(cliaddr);
            connfd = Accept(listenfd, (SA *) &cliaddr, &clilen);
#ifdef    NOTDEF
            printf("new client: %s, port %d\n",
                    Inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr, 4, NULL),
                    ntohs(cliaddr.sin_port));
#endif

            for (i = 0; i < FD_SETSIZE; i++)
                if (client[i] < 0) {
                    client[i] = connfd;    /* save descriptor */
                    break;
                }
            if (i == FD_SETSIZE)
                err_quit("too many clients");

            FD_SET(connfd, &allset);    /* add new descriptor to set */
            if (connfd > maxfd)
                maxfd = connfd;            /* for select */
            if (i > maxi)
                maxi = i;                /* max index in client[] array */

            if (--nready <= 0)
                continue;                /* no more readable descriptors */
        }

        for (i = 0; i <= maxi; i++) {    /* check all clients for data */
            if ( (sockfd = client[i]) < 0)
                continue;
            if (FD_ISSET(sockfd, &rset)) {
                if ( (n = Read(sockfd, buf, MAXLINE)) == 0) {
                        /*4connection closed by client */
                    Close(sockfd);
                    FD_CLR(sockfd, &allset);
                    client[i] = -1;
                } else
                    Writen(sockfd, buf, n);

                if (--nready <= 0)
                    break;                /* no more readable descriptors */
            }
        }
    }
}
/* end fig02 */

 

拒绝服务型攻击

　　对于上面这种单个服务进程处理多个客户端，可能由拒绝服务型攻击，

　　比如，如果服务器使用 ReadLine 与客户端通信，那么恶意客户端可能只输入一个字符，不输入回车，于是服务器就会阻塞在readline，导致无法为其他客户端服务。

　　解决方法是，（a）多进程或多线程处理客户端 （b）非阻塞IO（c）IO操作设置超时

 

pselect

       int pselect(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,
                   fd_set *exceptfds, const struct timespec *timeout,
                   const sigset_t *sigmask);

pselect 是select的增强版，具体增强如下：

　　（1）使用 timespec ,代替timeval

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

       and

           struct timespec {
               long    tv_sec;         /* seconds */
               long    tv_nsec;        /* nanoseconds */
           };

　　　　timespec.tv_nsec是纳秒级。而select只能设置到微秒级。

　　（2）可以设置pselect阻塞期间的 sigmask。这可解决如下问题

　　　　SIGINT的回调函数只设置全局变量 intr_flag，通过检测intr_flag决定是否处理handle_intr，

　　　　但是如果 SIGINT 发生在 if(intr_flag) 之后，select阻塞之前，则程序会永远阻塞。

if (intr_flag)
    handle_intr();
if ((nready = select()) < 0) {
   if (errno == EINTR) {
       if (intr_flag)
              handle_intr();
   }    
}

　　　　可以使用pselect解决，在pselect之前阻塞 SIGINT，pselect阻塞时，放开 SIGINT

sigset_t newmask, oldmask, zeromask

sigemptyset(&zeromask);
sigemptyset(&newmask);
sigaddset(&newmask, SIGINT);

sigprocmask(SIG_BLOCK, &newmask, &oldmask);

if (intr_flag)
    handle_intr();
if ((nready = pselect(..., &zeromask)) < 0) {
   if (errno == EINTR) {
       if (intr_flag)
              handle_intr();
   }    
}