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【Linux网络-多路转接select】

article 2025/3/29 16:37:03

代码：https://gitee.com/nanyi-c/linux/tree/master/day50

一、I/O多路转接之select

1.初始select

系统提供select函数来实现多路复用输入/输出模型

select系统调用是用来让我们的程序监视多个文件描述符的状态变化的
程序会停在select这里等待，直到被监视的文件描述符有一个或多个发生了状态改变

2.select函数原型

select 是一个在 Unix 和类 Unix 操作系统中的系统调用，用于监控多个文件描述符，等待其中一个或多个文件描述符变得“就绪”。就绪可以意味着可读、可写或者发生异常

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参数说明

参数	描述
nfds	这是你监控的文件描述符集（readfds、writefds、exceptfds）中最高文件描述符的编号加1。简单来说，它是监控的文件描述符范围的上限
readfds	输入输出型参数，只关心读事件
writefds	输入输出型参数，只关心写事件
exceptfds	输入输出型参数，只关心异常事件
timeout	输入输出型参数，设置为 `NULL`，`select` 将无限期阻塞，直到至少有一个文件描述符就绪。如果 `timeout` 设置为非 `NULL` 值，它将在指定的秒数和微秒数后超时

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以下是 timeval 结构体的定义：

timeval结构用于描述一段时间长度，如果在这个时间内，需要监视的描述符没有事件发生则发生函数返回，返回值为0

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

select 调用的返回值和含义如下：

返回值大于0：表示就绪的文件描述符数量。输入输出型参数
返回0：表示超时发生，没有文件描述符就绪。
返回-1：表示出错，并且设置 errno 来指示错误类型。

错误值可能为：

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

常见的程序片段如下：
fs_set readset;
FD_SET (fd, &readset);
select(fd+1, &readset, NULL, NULL, NULL) ;
if(FD_ISSET (fd, readse) ([....}

1.select要正常工作，需要借助一个辅助数组，来保存所有合法fd

2.每次使用都要重置

3.就绪了，循环检测处理所有事件

关于fd_set结构

在Linux系统中，fd_set 是一个数据结构，用于表示一组文件描述符的集合。它通常与 select 系统调用一起使用，以便同时监控多个文件描述符的状态（是否可读、可写或有异常发生）。

fd_set 是一个固定大小的位掩码，其中每一位代表一个文件描述符。在内部，它通常是一个长整型数组，数组中的每个元素代表一定范围内的文件描述符。由于 fd_set 的大小是固定的，所以它有一个最大文件描述符的限制，这个限制在 Linux 系统中通常是 FD_SETSIZE（通常定义为 1024）。

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常见宏操作

FD_ZERO(fd_set *set)：将 fd_set 清零，即初始化 fd_set，使其不包含任何文件描述符。
FD_SET(int fd, fd_set *set)：将指定的文件描述符 fd 添加到 fd_set 集合中。
FD_CLR(int fd, fd_set *set)：从 fd_set 集合中移除指定的文件描述符 fd。
FD_ISSET(int fd, fd_set *set)：检查指定的文件描述符 fd 是否在 fd_set 集合中。这个宏在 select 调用后使用，以确定哪些文件描述符已经就绪。

3.理解select执行过程

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。

执行 fd_set set; FD_ZERO(&set); 则 set 用位表示是 0000,0000。
若 fd＝5，执行 FD_SET(fd,&set); 后 set 变为 0001,0000（第 5 位置为 1）。
若再加入 fd＝2，fd=1，则 set 变为 0001,0011。
执行 select(6,&set,0,0,0) 阻塞等待。
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。

4.socket就绪条件

读就绪

socket 内核中，接收缓冲区中的字节数，大于等于低水位标记 SO_RCVLOWAT，此时可以无阻塞的读取该文件描述符，并且返回值大于 0。
socket TCP 通信中，对端关闭连接，此时对该 socket 读，则返回 0。
监听 socket 上有新的连接请求。
socket 上有未处理的错误。

写就绪

socket 内核中，发送缓冲区中的可用字节数（发送缓冲区的空闲位置大小），大于等于低水位标记 SO_SNDLOWAT，此时可以无阻塞的写，并且返回值大于 0。
socket 的写操作被关闭（close 或者 shutdown），如果此时进行写操作的话，会触发 SIGPIPE 信号。
socket 使用非阻塞 connect 连接成功或失败之后，socket 上有未读取的错误。