linux select函数详解
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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)
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.
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#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:
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#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:
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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:
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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)
代码部分和运行结果如下所示:
1,
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 printf("15..keyboard=%d\n",keyboard); 16 assert(keyboard>0); 17 while(1) 18 { 19 timeout.tv_sec=1; 20 timeout.tv_usec=0; 21 FD_ZERO(&readfd); 22 printf("22...readfd=%d\n",readfd); 23 printf("22.5...*&readfd=%x\n",*&readfd); 24 FD_SET(keyboard,&readfd); 25 printf("24...&readfd=%d\n",&readfd); 26 printf("25...*&readfd=%x\n",*&readfd); 27 ret=select(keyboard+1,&readfd,NULL,NULL,&timeout); 28 printf("26..ret=%d\n",ret); 29 if(FD_ISSET(keyboard,&readfd)) 30 { 31 printf("FD_ISSET is set"); 32 i=read(keyboard,&c,1); 33 if('\n'==c) 34 continue; 35 if ('q'==c) 36 break; 37 printf("the input is %c/n",c); 38 39 } 40 } 41 }
运行结果如下所示:
15..keyboard=3 22...readfd=-689587408 22.5...*&readfd=7fffffe9 24...&readfd=-689587408 25...*&readfd=7fffffe8 w 26..ret=1 FD_ISSET is setthe input is w/n22...readfd=-689587408 22.5...*&readfd=7fffffe9 24...&readfd=-689587408 25...*&readfd=7fffffe8 26..ret=1 FD_ISSET is set22...readfd=-689587408 22.5...*&readfd=7fffffe9 24...&readfd=-689587408 25...*&readfd=7fffffe8 q 26..ret=1 FD_ISSET is set
因为timeout时间是1s,所以没1s,循环打印一次
2,
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 printf("15..keyboard=%d\n",keyboard); 15 assert(keyboard>0); 16 while(1) 17 { 18 timeout.tv_sec=5; 19 timeout.tv_usec=0; 20 FD_ZERO(&readfd); 21 printf("22...readfd=%d\n",readfd); 22 printf("22.5...*&readfd=%x\n",*&readfd); 23 FD_SET(keyboard,&readfd); 24 printf("24...&readfd=%d\n",&readfd); 25 printf("25...*&readfd=%x\n",*&readfd); 26 ret=select(keyboard+1,&readfd,NULL,NULL,&timeout); 27 printf("26..ret=%d\n",ret); 28 //select error when ret = -1 29 if (ret == -1) 30 perror("select error"); 31 //data coming when ret>0 32 else if (ret) 33 { 34 if(FD_ISSET(keyboard,&readfd)) 35 { 36 printf("FD_ISSET is set"); 37 i=read(keyboard,&c,1); 38 if('\n'==c) 39 continue; 40 printf("the input is %c\n",c); 41 if ('q'==c) 42 break; 43 } 44 } 45 //time out when ret = 0 46 else if (ret == 0) 47 printf("time out/n"); 48 } 49 }
运行结果如下所示:
15..keyboard=3 22...readfd=513698240 22.5...*&readfd=7fffffea 24...&readfd=513698240 25...*&readfd=7fffffe9 w 26..ret=1 FD_ISSET is setthe input is w 22...readfd=513698240 22.5...*&readfd=7fffffea 24...&readfd=513698240 25...*&readfd=7fffffe9 26..ret=1 FD_ISSET is set22...readfd=513698240 22.5...*&readfd=7fffffea 24...&readfd=513698240 25...*&readfd=7fffffe9 26..ret=0 time out/n22...readfd=513698240 22.5...*&readfd=7fffffea 24...&readfd=513698240 25...*&readfd=7fffffe9 26..ret=0 time out/n22...readfd=513698240 22.5...*&readfd=7fffffea 24...&readfd=513698240 25...*&readfd=7fffffe9 q 26..ret=1 FD_ISSET is setthe input is q
5s内有运行结果打印输入的字符,没有运行结果,打印timeout;输入q并回车,退出;