多路复用select函数

select函数

select 是系统调用，用于让程序监视多个文件描述符（Socket / 文件 / 设备）的状态变化，核心是复用一个线程去处理多个 I/O 事件

函数原型

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#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>

int select(int nfds, 
           fd_set *readfds, 
           fd_set *writefds, 
           fd_set *exceptfds, 
           struct timeval *timeout);

参数

参数	类型	含义与底层逻辑
`nfds`	`int`	关键点：需检查的最大文件描述符 + 1。原理：内核通过此值确定需要轮询的 fd 范围，直接影响效率。
`readfds`	`fd_set*`	读事件集合。关注：对方发送数据、连接关闭、监听套接字有新连接。
`writefds`	`fd_set*`	写事件集合。关注：发送缓冲区有空间（可写）、连接成功。
`exceptfds`	`fd_set*`	异常事件集合。关注：带外数据（OOB）、套接字错误。
`timeout`	`struct timeval*`	超时时间。`NULL` ：永久阻塞；`{0,0}` ：非阻塞轮询；否则设为具体时长。

fd_set 集合操作宏

fd_set 是一个位图（固定大小的整数数组），不能直接操作，必须使用以下宏：

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void FD_ZERO(fd_set *set);        	// 清空集合（所有位设为0）
void FD_SET(int fd, fd_set *set); 	// 将fd对应的位设为1（加入集合）
void FD_CLR(int fd, fd_set *set); 	// 将fd对应的位设为0（移出集合）
void FD_ISSET(int fd, fd_set *set); // 检查fd对应的位是否为1（事件是否发生）

返回值

返回值	含义	处理逻辑
`> 0`	成功	发生事件的文件描述符总数量。需用 `FD_ISSET`逐个检查哪个 fd 就绪
`0`	超时	没有任何文件描述符就绪，`timeout`时间到
`-1`	失败	错误码存入 `errno`重点：若为 `EINTR`（被信号中断），通常需重启循环；其他错误需退出

特点

优点

跨平台：Windows/Linux/Unix 均支持，兼容性最好
精度：超时时间精度为微秒（struct timeval）

缺点

上限限制：受限于 FD_SETSIZE（通常为 1024），无法监听大量连接
效率低下：每次调用都需从用户态拷贝到内核态，且内核需轮询所有 fd 位图
边缘触发：仅支持水平触发（LT），即只要数据未读完，每次调用都会触发就绪

demo

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#ifndef _NET_H_
#define _NET_H_

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/tcp.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <strings.h>
#include <errno.h>

typedef struct sockaddr Addr;
typedef struct sockaddr_in Addr_in;
#define BACKLOG 5
#define ErrExit(msg) do { perror(msg); exit(EXIT_FAILURE); } while(0)

void Argment(int argc, char *argv[]);
int CreateSocket(char *argv[]);
int DataHandle(int fd);


#endif

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#include "net.h"

void Argment(int argc, char *argv[]){
	if(argc < 3){
		fprintf(stderr, "%s<addr><port>\n", argv[0]);
		exit(0);
	}
}
int CreateSocket(char *argv[]){
	/*创建套接字*/
	int fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if(fd < 0)
		ErrExit("socket");
	/*允许地址快速重用*/
	int flag = 1;
	if( setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &flag, sizeof(flag) ) )
		perror("setsockopt");
	/*设置通信结构体*/
	Addr_in addr;
	bzero(&addr, sizeof(addr) );
	addr.sin_family = AF_INET;
	addr.sin_port = htons( atoi(argv[2]) );
	/*绑定通信结构体*/
	if( bind(fd, (Addr *)&addr, sizeof(Addr_in) ) )
		ErrExit("bind");
	/*设置套接字为监听模式*/
	if( listen(fd, BACKLOG) )
		ErrExit("listen");
	return fd;
}
int DataHandle(int fd){
	char buf[BUFSIZ] = {};
	Addr_in peeraddr;
	socklen_t peerlen = sizeof(Addr_in);
	if( getpeername(fd, (Addr *)&peeraddr, &peerlen) )
		perror("getpeername");
	int ret = recv(fd, buf, BUFSIZ, 0);
	if(ret < 0)
		perror("recv");
	if(ret > 0){
		printf("[%s:%d]data: %s\n", 
				inet_ntoa(peeraddr.sin_addr), ntohs(peeraddr.sin_port), buf);
	}
	return ret;
}

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#include "net.h"
#include <sys/select.h>
#define MAX_SOCK_FD 1024

int main(int argc, char *argv[])
{
	int i, ret, fd, newfd;
	fd_set set, tmpset;
	Addr_in clientaddr;
	socklen_t clientlen = sizeof(Addr_in);
	/*检查参数，小于3个 直接退出进程*/
	Argment(argc, argv);
	/*创建已设置监听模式的套接字*/
	fd = CreateSocket(argv);

	FD_ZERO(&set);
	FD_ZERO(&tmpset);
	FD_SET(fd, &set);
	while(1){
		tmpset = set;
		if( (ret = select(MAX_SOCK_FD, &tmpset, NULL, NULL, NULL)) < 0)
			ErrExit("select");
		if(FD_ISSET(fd, &tmpset) ){
			/*接收客户端连接，并生成新的文件描述符*/
			if( (newfd = accept(fd, (Addr *)&clientaddr, &clientlen) ) < 0)
				perror("accept");
			printf("[%s:%d]已建立连接\n", 
					inet_ntoa(clientaddr.sin_addr), ntohs(clientaddr.sin_port));
			FD_SET(newfd, &set);
		}else{ //处理客户端数据
			for(i = fd + 1; i < MAX_SOCK_FD; i++){
				if(FD_ISSET(i, &tmpset)){
					if( DataHandle(i) <= 0){
						if( getpeername(i, (Addr *)&clientaddr, &clientlen) )
							perror("getpeername");
						printf("[%s:%d]断开连接\n", 
								inet_ntoa(clientaddr.sin_addr), ntohs(clientaddr.sin_port));
						FD_CLR(i, &set);
					}
				}
			}
		}
	}
	return 0;
}