Linux 下 select 详解

在Linux中，select 函数是用于监控多个文件描述符（file descriptors）的系统调用。它允许程序员同时等待多个I/O事件的发生，如文件读取、写入或异常状态。它在处理多路复用I/O时非常常用，尤其适合编写网络服务器或客户端程序。

`select` 函数的定义

#include <sys/select.h>

int select(int nfds,

fd_set *readfds,

fd_set *writefds,

fd_set *exceptfds,

struct timeval *timeout);

参数解释：

nfds：指定监控的文件描述符数量。它应该是所有监控的文件描述符集合中最大值加1，因为文件描述符是从0开始计数的。
readfds ：指向一个文件描述符集合，用于监控是否有文件可读。可以使用宏函数 FD_SET() 将描述符添加到集合。
writefds：指向一个文件描述符集合，用于监控是否有文件可写。
exceptfds：指向一个文件描述符集合，用于监控异常状态。
timeout ：指定 select 等待的时间，可以是：
- NULL ：select 将无限期等待，直到有文件描述符准备好。
- 0秒的时间 ：表示非阻塞模式，select 立即返回。
- 自定义时间 ：例如等待5秒，可以通过 struct timeval 指定。

返回值：

返回值为大于0的数值表示有多少文件描述符准备好。
返回0表示超时。
返回-1表示出错，并且设置 errno。

使用步骤

清空文件描述符集合 ：在使用 select 之前，首先需要初始化或清空文件描述符集合。

FD_ZERO(&readfds);

FD_ZERO(&writefds);

FD_ZERO(&exceptfds);
设置需要监控的文件描述符 ：使用 FD_SET() 函数将需要监控的文件描述符加入到集合中。

FD_SET(fd, &readfds);
调用 select 函数 ：通过调用 select 来监控多个文件描述符。

int ready = select(nfds, &readfds, &writefds, &exceptfds, &timeout);
检查哪些文件描述符已准备好 ： select 返回后，可以使用 FD_ISSET() 函数检查哪些文件描述符已经准备好。

if (FD_ISSET(fd, &readfds)) { // 该文件描述符可读 }

示例代码

以下是一个简单的例子，演示如何使用 select 同时监控标准输入和一个网络套接字的读事件：

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
#include <sys/select.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>

int main() {
    int sockfd;
    struct sockaddr_in server;
    fd_set readfds;
    struct timeval timeout;

    // 创建一个socket
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    server.sin_family = AF_INET;
    server.sin_port = htons(8080);
    server.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");

    // 连接服务器
    connect(sockfd, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server));

    while (1) {
        // 清空集合并添加文件描述符
        FD_ZERO(&readfds);
        FD_SET(STDIN_FILENO, &readfds);  // 标准输入
        FD_SET(sockfd, &readfds);        // 套接字

        // 计算 nfds
        int nfds = sockfd + 1;

        // 设置超时时间，5秒
        timeout.tv_sec = 5;
        timeout.tv_usec = 0;

        // 调用 select 函数
        int ready = select(nfds, &readfds, NULL, NULL, &timeout);
        
        if (ready == -1) {
            perror("select error");
            return 1;
        } else if (ready == 0) {
            printf("Timeout, no data available\n");
        } else {
            // 检查是否标准输入可读
            if (FD_ISSET(STDIN_FILENO, &readfds)) {
                char buffer[256];
                read(STDIN_FILENO, buffer, sizeof(buffer));
                printf("Input: %s", buffer);
            }

            // 检查套接字是否可读
            if (FD_ISSET(sockfd, &readfds)) {
                char buffer[256];
                int bytes = read(sockfd, buffer, sizeof(buffer));
                if (bytes > 0) {
                    printf("Received from server: %s\n", buffer);
                } else {
                    printf("Server closed connection\n");
                    break;
                }
            }
        }
    }

    close(sockfd);
    return 0;
}

文件描述符集合的操作

为了管理 select 函数的文件描述符集合，使用了以下几个宏：

FD_ZERO(fd_set *set)：清空集合。
FD_SET(int fd, fd_set *set) ：将文件描述符 fd 添加到集合中。
FD_CLR(int fd, fd_set *set) ：将文件描述符 fd 从集合中移除。
FD_ISSET(int fd, fd_set *set) ：判断文件描述符 fd 是否在集合中，返回非0值表示在集合中。

`select` 的限制

文件描述符的数量 ： select 对于监控的文件描述符数量有限制，通常为 FD_SETSIZE，在许多系统中默认为1024。对于大量连接的场景，推荐使用 poll 或 epoll。
性能问题 ：当文件描述符数量非常多时，select 的性能会急剧下降，因为它需要遍历所有的描述符来检查哪些可用。

总结

select 函数是一个经典的多路复用I/O处理函数，适用于监控少量文件描述符的场景。尽管有一定的限制和性能瓶颈，但在简单的网络编程场景下仍然常用。对于需要处理大量并发连接的场景，推荐使用 epoll 等更现代化的系统调用。