多路IO转接原理
select 实现多路IO转接
原理： 借助内核， select 来监听， 客户端连接、数据通信事件。
void FD_ZERO(fd_set *set); --- 清空一个文件描述符集合。
fd_set rset;
FD_ZERO(&rset);
void FD_SET(int fd, fd_set *set); --- 将待监听的文件描述符，添加到监听集合中
FD_SET(3, &rset); FD_SET(5, &rset); FD_SET(6, &rset);
void FD_CLR(int fd, fd_set *set); --- 将一个文件描述符从监听集合中 移除。
FD_CLR（4， &rset）;
int FD_ISSET(int fd, fd_set *set); --- 判断一个文件描述符是否在监听集合中。
返回值： 在：1；不在：0；
FD_ISSET（4， &rset）;
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
nfds：监听的所有文件描述符中，最大文件描述符+1
readfds： 读 文件描述符监听集合。 传入、传出参数
writefds：写 文件描述符监听集合。 传入、传出参数 NULL
exceptfds：异常 文件描述符监听集合 传入、传出参数 NULL
timeout： > 0: 设置监听超时时长。
NULL: 阻塞监听
0： 非阻塞监听，轮询
返回值：
> 0: 所有监听集合（3个）中， 满足对应事件的总数。
0： 没有满足监听条件的文件描述符
-1： errno
思路分析：
int maxfd = 0；
lfd = socket() ; 创建套接字
maxfd = lfd；
bind(); 绑定地址结构
listen(); 设置监听上限
fd_set rset， allset; 创建r监听集合
FD_ZERO(&allset); 将r监听集合清空
FD_SET(lfd, &allset); 将 lfd 添加至读集合中。
while（1） {
rset = allset； 保存监听集合
ret = select(lfd+1， &rset， NULL， NULL， NULL); 监听文件描述符集合对应事件。
if（ret > 0） { 有监听的描述符满足对应事件
if (FD_ISSET(lfd, &rset)) { // 1 在。 0不在。
cfd = accept（）； 建立连接，返回用于通信的文件描述符
maxfd = cfd；
FD_SET(cfd, &allset); 添加到监听通信描述符集合中。
}
for （i = lfd+1； i <= 最大文件描述符; i++）{
FD_ISSET(i, &rset) 有read、write事件
read（）
小 -- 大
write();
}
}
}
select优缺点：
缺点： 监听上限受文件描述符限制。 最大 1024.
检测满足条件的fd， 自己添加业务逻辑提高小。 提高了编码难度。
优点： 跨平台。win、linux、macOS、Unix、类Unix、mips
server.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <ctype.h>
#include "wrap.h"
#define SERV_PORT 6666
int main(int argc, char *argv[])
{
int i, j, n, nready;
int maxfd = 0;
int listenfd, connfd;
char buf[BUFSIZ]; /* #define INET_ADDRSTRLEN 16 */
struct sockaddr_in clie_addr, serv_addr;
socklen_t clie_addr_len;
listenfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
int opt = 1;
setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));
bzero(&serv_addr, sizeof(serv_addr));
serv_addr.sin_family= AF_INET;
serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
serv_addr.sin_port= htons(SERV_PORT);
Bind(listenfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr));
Listen(listenfd, 128);
fd_set rset, allset; /* rset 读事件文件描述符集合 allset用来暂存 */
maxfd = listenfd;
FD_ZERO(&allset);
FD_SET(listenfd, &allset); /* 构造select监控文件描述符集 */
while (1) {
rset = allset; /* 每次循环时都从新设置select监控信号集 */
nready = select(maxfd+1, &rset, NULL, NULL, NULL);
if (nready < 0)
perr_exit("select error");
if (FD_ISSET(listenfd, &rset)) { /* 说明有新的客户端链接请求 */
clie_addr_len = sizeof(clie_addr);
connfd = Accept(listenfd, (struct sockaddr *)&clie_addr, &clie_addr_len); /* Accept 不会阻塞 */
FD_SET(connfd, &allset); /* 向监控文件描述符集合allset添加新的文件描述符connfd */
if (maxfd < connfd)
maxfd = connfd;
if (0 == --nready) /* 只有listenfd有事件, 后续的 for 不需执行 */
continue;
}
for (i = listenfd+1; i <= maxfd; i++) { /* 检测哪个clients 有数据就绪 */
if (FD_ISSET(i, &rset)) {
if ((n = Read(i, buf, sizeof(buf))) == 0) { /* 当client关闭链接时,服务器端也关闭对应链接 */
Close(i);
FD_CLR(i, &allset); /* 解除select对此文件描述符的监控 */
} else if (n > 0) {
for (j = 0; j < n; j++)
buf[j] = toupper(buf[j]);
Write(i, buf, n);
}
}
}
}
Close(listenfd);
return 0;
}
思考：当传入客户端的socket文件描述符为3,6,1023时，maxfd = 1023，要循环1023次找3个元素，效率非常低下。
有什么办法提高效率？
解决：将客户端存储在一个数组中，遍历数组即可。
server.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <ctype.h>
#include "wrap.h"
#define SERV_PORT 6666
int main(int argc, char *argv[])
{
int i, j, n, maxi;
int nready, client[FD_SETSIZE]; /* 自定义数组client, 防止遍历1024个文件描述符 FD_SETSIZE默认为1024 */
int maxfd, listenfd, connfd, sockfd;
char buf[BUFSIZ], str[INET_ADDRSTRLEN]; /* #define INET_ADDRSTRLEN 16 */
struct sockaddr_in clie_addr, serv_addr;
socklen_t clie_addr_len;
fd_set rset, allset; /* rset 读事件文件描述符集合 allset用来暂存 */
listenfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
int opt = 1;
setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));
bzero(&serv_addr, sizeof(serv_addr));
serv_addr.sin_family= AF_INET;
serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
serv_addr.sin_port= htons(SERV_PORT);
Bind(listenfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr));
Listen(listenfd, 128);
maxfd = listenfd; /* 起初 listenfd 即为最大文件描述符 */
maxi = -1; /* 将来用作client[]的下标, 初始值指向0个元素之前下标位置 */
for (i = 0; i < FD_SETSIZE; i++)
client[i] = -1; /* 用-1初始化client[] */
FD_ZERO(&allset);
FD_SET(listenfd, &allset); /* 构造select监控文件描述符集 */
while (1) {
rset = allset; /* 每次循环时都从新设置select监控信号集 */
nready = select(maxfd+1, &rset, NULL, NULL, NULL); //2 1--lfd 1--connfd
if (nready < 0)
perr_exit("select error");
if (FD_ISSET(listenfd, &rset)) { /* 说明有新的客户端链接请求 */
clie_addr_len = sizeof(clie_addr);
connfd = Accept(listenfd, (struct sockaddr *)&clie_addr, &clie_addr_len); /* Accept 不会阻塞 */
printf("received from %s at PORT %d\n",
inet_ntop(AF_INET, &clie_addr.sin_addr, str, sizeof(str)),
ntohs(clie_addr.sin_port));
for (i = 0; i < FD_SETSIZE; i++)
if (client[i] < 0) { /* 找client[]中没有使用的位置 */
client[i] = connfd; /* 保存accept返回的文件描述符到client[]里 */
break;
}
if (i == FD_SETSIZE) { /* 达到select能监控的文件个数上限 1024 */
fputs("too many clients\n", stderr);
exit(1);
}
FD_SET(connfd, &allset); /* 向监控文件描述符集合allset添加新的文件描述符connfd */
if (connfd > maxfd)
maxfd = connfd; /* select第一个参数需要 */
if (i > maxi)
maxi = i; /* 保证maxi存的总是client[]最后一个元素下标 */
if (--nready == 0)
continue;
}
for (i = 0; i <= maxi; i++) { /* 检测哪个clients 有数据就绪 */
if ((sockfd = client[i]) < 0)
continue;
if (FD_ISSET(sockfd, &rset)) {
if ((n = Read(sockfd, buf, sizeof(buf))) == 0) { /* 当client关闭链接时,服务器端也关闭对应链接 */
Close(sockfd);
FD_CLR(sockfd, &allset); /* 解除select对此文件描述符的监控 */
client[i] = -1;
} else if (n > 0) {
for (j = 0; j < n; j++)
buf[j] = toupper(buf[j]);
Write(sockfd, buf, n);
Write(STDOUT_FILENO, buf, n);
}
if (--nready == 0)
break; /* 跳出for, 但还在while中 */
}
}
}
Close(listenfd);
return 0;
}
