网络编程-select（二）

一、I/O多路复用

1、为什么要多路复用

之前开启多线程能实时接收数据，并且也不是一次性连接服务。但毕竟是一请求一连接，每有一个客户端向服务端发起请求，就会创建一个线程，当请求达到上千上万，就会创建上千上万的线程，虽然线程所占资源很少，但也架不住数量多，会给系统内核资源调度增加负担<不利于高并发>

2、解决单个线程处理多个I/O操作问题

系统提供3种策略来解决，分别是select,poll,epoll

二、select机制

1、将多个线程请求看成是一个集合

2、关注集合中的fd哪些可读，可写，可出错

3、逐个管理集合中的fd，如果有数据到来就进行处理，否则就继续阻塞等待。

4、遍历集合中的fd，判断是否可读，可读就接收。

三、具体实操

在之前的阻塞I/O中，我们是阻塞在accept上，现在我们阻塞在select上。

所以在之前的代码中，将accept及以下代码进行更换。

1、创建集合，清空集合，设置集合

c++ 复制代码

fd_set rfds, rset;        //集合
FD_ZERO(&rfds);     //对集合进行清空
FD_SET(socketfd, &rfds);           //对集合进行设置，将客户端fd添加至集合中

2、阻塞在select上

select函数原型：

c++ 复制代码

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
/*
nfds: 集合最大边界值 + 1，因为从0开始
readfds: 关注这部分(如4，5，6)fd是否可读
writefds: 关注这部分(如7，8，9)fd是否可写
exceptfds：关注这部分（如7，8，9）fd是否出错
timeout: 超时时间，NULL表示永久阻塞，非NULL表示等待时间，单位为秒
return value: 返回的是所关注的共达标多少个，如可读3个，可写2个，可出错1个，共计6个
*/

c++ 复制代码

int maxfd = socketfd;             //对集合遍历的最大值，集合也有边界，从0开始
while(true){
    rset = rfds;                    //复制一份集合，防止在select中被修改
    int nready = select(maxfd + 1, &rset, NULL, NULL, NULL);    //等待IO就绪
    if(nready < 0){                //出错处理
        cout << "select error:" << strerror(errno) << endl;
        continue;
    }else if (nready == 0){                //超时处理
        cout << "timeout\n";
        continue;
    }else{
        //accept操作，此处省略
        }
        //recv操作，此处省略
}

3、管理逐个IO,accept操作

c++ 复制代码

if(FD_ISSET(socketfd, &rset)){          //如果有数据到来，则进行接收处理====accept
    int clientfd = accept(socketfd, (struct sockaddr *)&clientaddr, &len);
    cout<<"clientfd:"<<clientfd<<endl;       //获取到客户端的连接描述符

    FD_SET(clientfd, &rfds);            //将新的连接加入到集合中
    if(clientfd > maxfd){               //更新遍历的边界,回收旧的连接，更新边界值
        maxfd = clientfd;
                
    }
}

4、recv操作，判断是否可读，接收数据

c++ 复制代码

for(int i = socketfd + 1; i <= maxfd; i++){ 
    if(FD_ISSET(i, &rset)){                 //判断IO是否可读
        char buffer[1024] = {0};
        int count = recv(i, buffer, 1024, 0);
        if(count == 0){
            close(i);
            FD_CLR(i, &rfds);
            continue;
        }
        cout << "buffer:" << buffer << endl;

        //返回信息
        count = send(i, buffer, count, 0);
    }
}

5、小结：

一个线程多路I/O，阻塞在select上，当有客户端连接时，select返回，再进行accept操作。

select主要用到

c++ 复制代码

fd_set          //集合
FD_SET          //设置集合，将fd加入到集合中
FD_CLR          //清除集合，将fd从集合中移除
FD_ISSET        //判断IO是否可读
FD_ZERO         //初始化为空集合
select          //阻塞等待IO就绪

相比于之前的网络I/O，避免了多线程的开销, select解决了单个线程处理多个I/O的问题。

但是，select还是有缺陷的。select,每次调用都需要把fd_set集合，从用户空间拷贝到内核空间，随着fd越来越大，拷贝的开销比较大。

maxfd，遍历到最大的fd。

6、扩展问题：

1、fd_set究竟是什么？

c++ 复制代码

#define FD_SETSIZE 1024  // 假设文件描述符集合的最大大小为1024

typedef struct {
    unsigned long fds_bits[FD_SETSIZE / (8 * sizeof(unsigned long))];
} fd_set;

可见fd_set本质是一个位图，每个fd对应一个bit位。

2、集合大小是多少，能修改吗？

集合大小可以通过宏定义修改，但是不建议修改。