《UNIX网络编程》笔记 - select和poll

简介

IO复用：让进程等待一系列IO条件而不是一个IO条件

经过select和poll函数咱们能够同时监听多个描述符，在描述符就绪时进行对应的操做。

select

定义：

//maxfdpl: 待测试的描述符个数
//返回就绪描述符的个数，若超时则为0， 若出错则为-1
int select(int maxfdpl, fd_set *readset, fd_set *writeset, fd_set *exceptset, struct timeval *timeout);
 
//超时选项 
//NULL:wait forever;0:don't wait
struct timeval {
	long    tv_sec;         /* seconds */
	long    tv_usec;        /* and microseconds */
};

//每一个fds_bit的每一位对应一个描述符
typedef struct fd_set {
	int     fds_bits[FD_SETSIZE/sizeof(int)/NBBY]; /* NBBY=bits in a byte ; usually 8*/
} fd_set;

#define FD_SETSIZE 1024 /* fd_set中描述符的总数 */
void FD_ZERO(fd_set *fdset);            /* clear all bits in fdset */
void FD_SET(int fd, fd_set *fdset);     /* turn on the bit for fd in fdset */
void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);     /* turn off the bit for fd in fdset */
void FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);   /* is the bit for fd on in fdset ? */
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select的使用方法：

int fds[FD_SETSIZE]; 保存当前全部描述符
    fd_set rset, wset, eset; //定义读、写、异常对应的fd_set
    //初始化fd_set，很是重要且不能省略，由于若是不初始化可能会影响FD_ISSET的调用结果
    FD_ZERO(&rset); 
    FD_ZERO(&wset);
    FD_ZERO(&eset);
    for (;;) {
        //在循环中调用select
        select(FD_SETSIZE, &rset, &wset, &eset, NULL);
        //遍历当前全部的fd，处理就绪的fd
        for (int i = 0; i < FD_SETSIZE; i++)
        {
            if (FD_ISSET(fds[i], &rset))
            {
                //handle read
            }
            if (FD_ISSET(fds[i], &wset))
            {
                //handle write
            }
            if (FD_ISSET(fds[i], &eset))
            {
                //handle exception
            }
        }
    }
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fd_set的限制

在很早以前就看到网上的介绍说select在描述符个数上是有限制的，如今终于知道这个限制是从哪来的了，这实际上跟fd_set的实现机制有关。

fd_set中使用int数组中的各个位来保存多个描述符的状态，这个数组称为描述符集，好比数组的第一个数有32位，那么第一个数的每一位就表示第0~31个描述符的状态，这样一来当咱们调用FD_ISSET来判断某一个描述符状态时，咱们只须要找到其对应的位判断其是0或者1就好了；同理当咱们须要设置某个描述符状态时，只须要设置对应的位的状态便可。而fd_set中数组的大小是经过FD_SETSIZE这个值算出来的，FD_SETSIZE是一个宏定义，一般它的默认值比较小，在个人mac上查看其默认值是1024，也就是说在个人mac上select可以支持的最大的描述符数量是1024个。固然FD_SETSIZE也能够从新定义，但若是要调整须要从新编译内核。

描述符读就绪条件

1. 接收缓冲区数据字节数大于低水位（默认是1），这时读取操做返回大于0
2. 读半关闭，也就是对端发来了FIN，这时返回0，也就是EOF
3. 当前套接字是监听套接字，并且已完成链接数不为0，这时能够进行accept操做
4. 描述符上有套接字错误须要处理

描述符写就绪条件

1. 发送缓冲区数据字节数大于低水位（一般为2048）；
2. 套接字已链接或不须要链接（UDP）
3. 写半关闭，这时若是再写会收到SIGPIPE信号
4. 使用非阻塞式connect的套接字已创建链接或者connect失败
5. 描述符上有套接字错误须要处理

shutdown&close

有两个函数能够关闭套接字：shutdown和close，它们的区别以下：

1. close会将引用计数减1，当计数为0时关闭套接字；shutdown能够直接触发关闭。
2. close会终止读和写两个方向；shutdown能够经过参数howto指定关闭某个方向

int close(int fd);
int shutdown(int fd, int howto);

/* * howto arguments for shutdown(2), specified by Posix.1g. */
#define SHUT_RD 0 /* shut down the reading side */
#define SHUT_WR 1 /* shut down the writing side */
#define SHUT_RDWR 2 /* shut down both sides */

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poll

poll和select的功能相似，也支持IO复用，可是poll没有使用描述符集，而是使用pollfd这种结构来表示描述符的状态。

//nfds:array的长度，受进程能打开的最大文件数限制
//返回就绪描述符的个数，若超时则为0， 若出错则为-1
int poll(struct pollfd *fdarray, unsigned long nfds, int timeout);

struct pollfd {
	int     fd;         /* descriptor to check */
	short   events;     /* events of intrests on fd */
	short   revents;    /* events that occurred on fd */
};
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poll的使用方法：

struct pollfd pollfds[OPEN_MAX]; //定义pollfd数组，将须要监听的描述符保存起来
    for (;;)
    {
        //在循环中调用poll
        poll(pollfds, OPEN_MAX, INFTIM);
        for (int i = 0; i < OPEN_MAX; i++)
        {
            //遍历pollfd数组处理就绪的描述符
            struct pollfd pfd = pollfds[i];
            if (pfd.revents & POLLIN) {
                //handle read
            }
            if (pfd.revents & POLLOUT) {
                //handle write
            }
        }
    }
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poll识别的数据类型：普通(normal)、优先级带(priority band)、高优先级(high priority); 这些术语来自基于流的实现。（没太明白，先标记下）

events常量列举：

常量	出如今events	出如今revents	说明
POLLIN	y	y	普通或优先级带数据可读
POLLRDNORM	y	y	普通数据可读
POLLRDBAND	y	y	优先级带数据可读
POLLPRI	y	y	高优先级带数据可读
POLLOUT	y	y	普通数据可写
POLLWRNORM	y	y	普通数据可写
POLLWRBAND	y	y	优先级带数据可写
POLLERR	n	y	发生错误
POLLHUP	n	y	发生挂起
POLLNVAL	n	y	描述符不是一个打开的文件

poll的就绪条件：

• 全部正规TCP数据和全部UDP数据视为普通数据
• TCP带外数据视为优先级带数据
• 当TCP读半关闭时（收到对端传来的FIN），也视为普通数据，随后的读操做将返回0
• TCP链接存在错误既能够视为普通数据，也能够视为错误（POLLERR）。随后的读操做将返回-1，并设置全局的errno变量。
• 监听套接字上有新的链接既能够视为普通数据，也能够视为优先级数据。
• 非阻塞式的connect的完成视为使对应的套接字可写。

总结

select和poll都支持IO复用，其思路都是调用函数监听多个描述符，当有描述符就绪或者超时的时候函数调用就会返回，对应的描述符集合状态也会改变，这时候再遍历描述符集合，处理其中就绪的部分便可。

这种方式在须要监听的描述符比较小，或者是每次就绪的描述符不少的状况下比较有效；但当描述符不少并且每次只有少数描述符就绪时，效率就比较低了。后面出现的epoll就避免了这种线性遍历的问题。

另外select还受FD_SETSIZE的限制，只能处理较少的描述符，而poll则没有这个限制。poll监听的集合大小只受进程能打开的文件数量(RLIMIT_NOFILE)的限制。