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简介 select函数原型介绍使用 一个select简单的服务器的代码书写 select的缺点 初识select
系统提供select函数来实现多路复用输入/输出模型
select系统调用是用来让我们的程序监视多个文件描述符的状态变化的; 程序会停在s…承接上文I/O模型之非阻塞IO-CSDN博客
简介 select函数原型介绍使用 一个select简单的服务器的代码书写 select的缺点 初识select
系统提供select函数来实现多路复用输入/输出模型
select系统调用是用来让我们的程序监视多个文件描述符的状态变化的; 程序会停在select这里等待直到被监视的文件描述符有一个或多个发生了状态改变
首先要知道的一点是 select 只负责等待并且可以一次等待多个fdselect本身没有数据拷贝的能力拷贝要readwrite来完成
就好像有一群人等着吃饭有一个人负责给他们通知饭好了吗当有人的饭好了就叫那一个人过来吃饭饭本身表示负责等待的人的而是别人的同样的其他人相当于不用等只负责吃就好了 select函数原型
select的函数原型如下: #include sys/select.h int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout); 参数解释 参数nfds是需要监视的最大的文件描述符值1 rdset,wrset,exset分别对应于需要检测的可读文件描述符的集合可写文件描述符的集 合及异常文件描述符的集合; 参数timeout为结构timeval用来设置select()的等待时间 参数timeout取值 NULL则表示select没有timeout select将一直被阻塞直到某个文件描述符上发生了事件; 0仅检测描述符集合的状态然后立即返回并不等待外部事件的发生。 特定的时间值如果在指定的时间段里没有事件发生 select将超时返回 关于fd_set结构 其实这个结构就是一个整数数组, 更严格的说, 是一个 位图. 使用位图中对应的位来表示要监视的文件描述符.
提供了一组操作fd_set的接口, 来比较方便的操作位图. void FD_CLR(int fd, fd_set *set); // 用来清除描述词组set中相关fd 的位 int FD_ISSET(int fd, fd_set *set); // 用来测试描述词组set中相关fd 的位是否为真 void FD_SET(int fd, fd_set *set); // 用来设置描述词组set中相关fd的位 void FD_ZERO(fd_set *set); // 用来清除描述词组set的全部位 关于timeval结构
timeval结构用于描述一段时间长度如果在这个时间内需要监视的描述符没有事件发生则函数返回返回值为0 函数返回值 执行成功则返回文件描述词状态已改变的个数 如果返回0代表在描述词状态改变前已超过timeout时间没有返回 当有错误发生时则返回-1错误原因存于errno此时参数readfds writefds, exceptfds和timeout的值变成不可预测 错误值可能为 EBADF 文件描述词为无效的或该文件已关闭 EINTR 此调用被信号所中断 EINVAL 参数n 为负值。 ENOMEM 核心内存不足 编写代码
准备工作代码
这是只是一个服务器基本构架现在什么功能都没有关于里面的细节可以参考我前面的文章这里的代码是直接从前面文章中提取出来简单处理过后的一个服务器
err.hpp
#pragma once// 错误信息
enum
{USAGE_ERR 1,SOCKET_ERR,BIND_ERR,LISTEN_ERR
};
log.hpp
#pragma once#include iostream
#include string
#include cstdarg
#include ctime
#include unistd.h#define DEBUG 0
#define NORMAL 1
#define WARNING 2
#define ERROR 3
#define FATAL 4const char * to_levelstr(int level)
{switch(level){case DEBUG : return DEBUG;case NORMAL: return NORMAL;case WARNING: return WARNING;case ERROR: return ERROR;case FATAL: return FATAL;default : return nullptr;}
}void logMessage(int level, const char *format, ...)
{
#define NUM 1024char logprefix[NUM];snprintf(logprefix, sizeof(logprefix), [%s][%ld][pid: %d],to_levelstr(level), (long int)time(nullptr), getpid());char logcontent[NUM];va_list arg;va_start(arg, format);vsnprintf(logcontent, sizeof(logcontent), format, arg);std::cout logprefix logcontent std::endl;
}main.cc
#include selectServer.hpp
#include err.hpp
#include memoryusing namespace std;
using namespace select_ns;static void usage(std::string proc)
{std::cerr Usage:\n\t proc prot \n\n;
}// ./select_server 8081
int main(int argc, char* argv[])
{ if(argc ! 2){usage(argv[0]);exit(USAGE_ERR);}unique_ptrSelectServer svr(new SelectServer(atoi(argv[1])));svr-initServer();svr-start();return 0;
}
makefile
select_server:main.ccg -o $ $^ -stdc11
.PHONY:clean
clean:rm -f select_server selectServer.hpp
#pragma once#include iostream#include Sock.hppnamespace select_ns
{ static const int defaultport 8081; // 默认启动端口号class SelectServer{public:SelectServer(int port defaultport):_port(port), _listensock(-1){}void initServer(){_listensock Sock::Socket();Sock::Bind(_listensock, _port);Sock::Listen(_listensock);}void start(){for(;;){ std::string clientip;uint16_t clientport 0;int sock Sock::Accept(_listensock, clientip, clientport);if(sock0) continue;// 开始进行服务器的处理逻辑}}~SelectServer(){if(_listensock 0) close(_listensock);}private:int _port;int _listensock;};
}
Sock.hpp
#pragma once#include iostream
#include cstring
#include string
#include unistd.h
#include sys/types.h
#include sys/socket.h
#include netinet/in.h
#include arpa/inet.h#include log.hpp
#include err.hppclass Sock
{const static int backlog 32; // 全连接长度为了方便演示直接使用默认的
public:// 创建一个套接字static int Socket(){// 1. 创建socket文件套接字对象int sock socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (sock 0){logMessage(FATAL, create socket error);exit(SOCKET_ERR);}logMessage(NORMAL, create socket success: %d, sock);int opt 1;setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR|SO_REUSEPORT , opt, sizeof(opt)); // 端口复用return sock;}// 特定的套接字和特定的端口号进行绑定 -- 因为这里是演示代码所以这里的端口号直接使用默认的static void Bind(int sock, int port){// 2. bind绑定自己的网络信息struct sockaddr_in local;memset(local, 0, sizeof(local));local.sin_family AF_INET;local.sin_port htons(port);local.sin_addr.s_addr INADDR_ANY;if (bind(sock, (struct sockaddr *)local, sizeof(local)) 0){logMessage(FATAL, bind socket error);exit(BIND_ERR);}logMessage(NORMAL, bind socket success);}static void Listen(int sock){// 3. 设置socket 为监听状态if (listen(sock, backlog) 0) // 第二个参数全连接长度为了方便演示直接使用默认的{logMessage(FATAL, listen socket error);exit(LISTEN_ERR);}logMessage(NORMAL, listen socket success);}// 监听套接字待提取的对端的ip待提取的对端的端口号 -- 提取后放到参数中去让调用者使用static int Accept(int listensock, std::string *clientip, uint16_t *clientport){// 4. server 获取新链接// sock, 和client进行通信的fdstruct sockaddr_in peer;socklen_t len sizeof(peer);int sock accept(listensock, (struct sockaddr *)peer, len);if (sock 0)logMessage(ERROR, accept error, next);else{logMessage(NORMAL, accept a new link success, get new sock: %d, sock);*clientip inet_ntoa(peer.sin_addr); //将一个网络字节序的IP地址也就是结构体in_addr类型变量,表示一个32位的IPv4地址转化为点分十进制的IP地址字符串*clientport ntohs(peer.sin_port);}return sock;}
};有了一个基础的服务器我们现在可以将其改成为select多路转接的形式 1.监听套接字也应该放入select中去 2.start修正 运行结果 每隔3秒一次非阻塞式当我们有链接到来的时候就会触发下面的情况 图中我们会发现这货会一直在打印default的日志信息这是因为我们虽然读取到了但是我们并没有将其进行处理拿走已经响应好的套接字这样就会导致一直有链接到来因为原来的链接一直没有被拿走监听套接字一直有消息到来(原来的没被取走) 当我们单方面的关闭链接的时候这时候服务器还是会一直打印日志因为原来的链接没有被拿走这种状态被称为半状态链接
上面我们已经利用select监听到了链接现在进行链接的处理行为 3.读取链接 走到这里accept 函数会不会阻塞??? select 告诉我listensock读事件就绪了于是一定不会阻塞 但是同时有一个问题我们能够直接读取吗 显然是不能的所以在我们实现select服务器的时候需要自己维护一个套接字的数组来让我们知道那些描述符是合法的并且之前我们select的第一个参数是直接使用_listensock1来暂时填写的但是实际上是不能的这是一个动态变化的通过数组我们就可以解决以上的各种问题为此我们在类中再添加一个对象 4.文件描述符数组
那么我们首先要知道的一个是这个数组应该要多大呢
我们首先要知道的是fd_set是一个类型这是一个位图结构那么它的大小一定是固定的我们再通过 得到了结果这是一个16字节的类型位图结构一个可以存储128个文件描述符这下我们就知道了这个数据应该设置为多大了
我们这样设置 注意这一个最大的sock也需要更改 接下来我们就可以将新的sock托管给select了注意将新的sock托管给select的本质其实就是将sock添加到fdarray数组中即可
5.将新的sock添加到数组中去 打印测试 结果 6.整理解耦 Recver
进行业务逻辑处理 -- 处理对应的事件 Accepter
将 listensock 到来的套接字添加到数组中去 测试结果 select优缺点
缺点
有上限 可监控的文件描述符个数取决与sizeof(fd_set)的值. 我这边服务器上sizeof(fd_set) 512每bit表示一个文件描述符则我服务器上支持的最大文件描述符是512*84096 因为该类型是一个位图结构是位图结构就有上限 备注: fd_set的大小可以调整可能涉及到重新编译内核可以自行去了解 需要自己创建一个数组 将fd加入select监控集的同时还要再使用一个数据结构array保存放到select监控集中的fd 一是用于再select返回后 array作为源数据和fd_set进行FD_ISSET判断。 二是select返回后会把以前加入的但并无事件发生的fd清空则每次开始select前都要重新从array取得fd逐一加入(FD_ZERO最先)扫描array的同时取得fd最大值maxfd用于select的第一个参数。 因为有了以上的种种缺陷因此就诞生了下一篇我们讲述的话题 I/O多路转接之poll
源码
err.hpp
#pragma once// 错误信息
enum
{USAGE_ERR 1,SOCKET_ERR,BIND_ERR,LISTEN_ERR
};
log.hpp
#pragma once#include iostream
#include string
#include cstdarg
#include ctime
#include unistd.h#define DEBUG 0
#define NORMAL 1
#define WARNING 2
#define ERROR 3
#define FATAL 4const char * to_levelstr(int level)
{switch(level){case DEBUG : return DEBUG;case NORMAL: return NORMAL;case WARNING: return WARNING;case ERROR: return ERROR;case FATAL: return FATAL;default : return nullptr;}
}void logMessage(int level, const char *format, ...)
{
#define NUM 1024char logprefix[NUM];snprintf(logprefix, sizeof(logprefix), [%s][%ld][pid: %d],to_levelstr(level), (long int)time(nullptr), getpid());char logcontent[NUM];va_list arg;va_start(arg, format);vsnprintf(logcontent, sizeof(logcontent), format, arg);std::cout logprefix logcontent std::endl;
}main.cc
#include selectServer.hpp
#include err.hpp
#include memoryusing namespace std;
using namespace select_ns;static void usage(std::string proc)
{std::cerr Usage:\n\t proc prot \n\n;
}std::string transaction(const std::string request)
{return request;
}// ./select_server 8081
int main(int argc, char* argv[])
{ if(argc ! 2){usage(argv[0]);exit(USAGE_ERR);}unique_ptrSelectServer svr(new SelectServer(transaction));svr-initServer();svr-start();return 0;
} makefile
select_server:main.ccg -o $ $^ -stdc11
.PHONY:clean
clean:rm -f select_server selectServer.hpp
#pragma once#include iostream
#include string
#include functional
#include Sock.hppnamespace select_ns
{static const int defaultport 8081; // 默认启动端口号static const int fdnum sizeof(fd_set) * 8; // 通过sizeof可以知道这个类型有多大我们的数组要设置为多大static const int defaultfd -1; // 我们把不关注的全部设置为-1using func_t std::functionstd::string(const std::string ); // 创建一个函数指针传递业务逻辑的处理方法class SelectServer{public:SelectServer(func_t f, int port defaultport) : func(f), _port(port), _listensock(-1){}void initServer(){_listensock Sock::Socket();Sock::Bind(_listensock, _port);Sock::Listen(_listensock);fdarray new int[fdnum]; // 创建数组for (int i 0; i fdnum; i)fdarray[i] defaultfd; // 全部先初始化为-1fdarray[0] _listensock; // 不变了, 这个放置在那都没有问题}// 一个用来检测的打印函数void Print(){std::cout fd list: ;for (int i 0; i fdnum; i){if (fdarray[i] ! defaultfd)std::cout fdarray[i] ;}std::cout std::endl;}// 将 listensock 到来的套接字添加到数组中去void Accepter(int listensock){logMessage(DEBUG, Accepter in); // Accepter 进入// 走到这里accept 函数会不会阻塞???// select 告诉我listensock读事件就绪了于是一定不会阻塞std::string clientip;uint16_t clientport 0;int sock Sock::Accept(_listensock, clientip, clientport); // accept 等 获取if (sock 0)return;logMessage(NORMAL, accept success [%s:%d], clientip.c_str(), clientport);// sock 我们能直接recv/read 吗// 不能 -- 不能保证底层有没有数据可能只是建立链接了还没有发送数据// 那么这个进程(假如是多进程)就会被阻塞// 整个代码只有select有资格检测事件是否就绪// 所以我们需要把新的套接字再交付给select来让它帮我们检测是否有数据真的到了// 将新的sock 托管给select// 将新的sock托管给select的本质其实就是将sock添加到fdarray数组中即可int i 0;for (; i fdnum; i){if (fdarray[i] ! defaultfd)continue;elsebreak;}if (i fdnum){logMessage(WARNING, server is full, please wait); // 等待的sock已经满了不能再添加了close(sock); // 直接关闭掉这个套接字}else{fdarray[i] sock;}Print(); // 打印测试logMessage(DEBUG, Accepter out); // 出去Accepter}// 进行业务逻辑处理 -- 处理对应的事件void Recver(int sock, int pos){logMessage(DEBUG, in Recver); // 进入了Recver// 1. 读取request// 这样写是有问题的我们无法保证读取的是一个完整的报文这一点在我们之前的协议定制才能解决这里为了演示就不做处理了char buffer[1024];ssize_t s recv(sock, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0); // 在这里进行读取的时候一定不会阻塞因为读事件已经就绪if (s 0){// 读取成功回显buffer[s] 0;logMessage(NORMAL, client# %s, buffer);}else if (s 0){// 读取完毕退出并且关闭close(sock);fdarray[pos] defaultfd; // 将这个sock移除数组中不再关心这个logMessage(NORMAL, client quit);return;}else{// 读取失败, 退出并且关闭sockclose(sock);fdarray[pos] defaultfd; // 将这个sock移除数组中不再关心这个logMessage(ERROR, client quit);return;}// 2.处理 requeststd::string response func(buffer);// 3.返回 response// write bugwrite(sock, response.c_str(), response.size());logMessage(DEBUG, out Recver); // 出Recver}// 1. handler even rfds 中, 不仅仅是有一个fd是就绪的可能存在多个// 2. 我们的select目前只处理了read事件void HandlerReadEvent(fd_set rfds){for (int i 0; i fdnum; i){// 目前一定是listensock因为我们只把listensock放入了select -- 之后再进行处理if (FD_ISSET(fdarray[i], rfds) fdarray[i] _listensock) // 修正一下判断Accepter(_listensock);else if (FD_ISSET(fdarray[i], rfds)) // 读事件已经就绪的文件描述符进行处理Recver(fdarray[i], i); // 进行业务逻辑处理 -- 处理对应的事件else // 读事件话还没有就绪的文件描述符进行处理{}}}void start(){for (;;){fd_set rfds; // 创建一个读文件描述符集 -- 只处理读// fd_set wfds; // 创建一个写文件描述符集 -- 只处理写 -- 未来可以实现FD_ZERO(rfds); // 进行清空int maxfd fdarray[0];for (int i 0; i fdnum; i){if (fdarray[i] defaultfd)continue;FD_SET(fdarray[i], rfds); // 将合法 fd 全部添加到读文件描述符集中if (maxfd fdarray[i])maxfd fdarray[i]; // 更新所有fd中最大的fd}logMessage(NORMAL, max fd is: %d, maxfd); // 打印最大的fd// 不关心 写 和 异常只关心读事件// struct timeval timeout {3, 0}; // 每隔一秒回来一次, 并且需要注意的是这个时间需要每一次循环都重新设定不然在select中会被修改然后造成非阻塞式等待// int n select(_listensock 1, rfds, nullptr, nullptr, timeout); // 暂时这样书写肯定是错误的写法因为listensock是一个固定值但是实际上这个值是变化的int n select(maxfd 1, rfds, nullptr, nullptr, nullptr);switch (n){case 0:logMessage(NORMAL, timeout...); // 正常返回break;case -1:logMessage(WARNING, select error, code: %d, err string: %s, errno, strerror(errno));default:// 说明有事件就绪了目前只有一个监听事件就绪了logMessage(NORMAL, have event ready!); // 正常返回HandlerReadEvent(rfds); // 处理读链接的函数// HandlerWriteEvent(rfds); // 处理写链接的函数 -- 目前没有实现还要一个写事件集合break;}// 下面的写法因为我们不知道监听套接字什么时候就绪所以这是一种阻塞式写法进行修正/*std::string clientip;uint16_t clientport 0;int sock Sock::Accept(_listensock, clientip, clientport); // accept 等 获取if(sock0) continue;*/// 开始进行服务器的处理逻辑}}~SelectServer(){if (_listensock 0)close(_listensock);if (fdarray)delete[] fdarray; // 清空数组}private:int _port;int _listensock;int *fdarray; // 创建一个数据放置文件描述符func_t func;};
} Sock.hpp
#pragma once#include iostream
#include cstring
#include string
#include unistd.h
#include sys/types.h
#include sys/socket.h
#include netinet/in.h
#include arpa/inet.h#include log.hpp
#include err.hppclass Sock
{const static int backlog 32; // 全连接长度为了方便演示直接使用默认的
public:// 创建一个套接字static int Socket(){// 1. 创建socket文件套接字对象int sock socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (sock 0){logMessage(FATAL, create socket error);exit(SOCKET_ERR);}logMessage(NORMAL, create socket success: %d, sock);int opt 1;setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR|SO_REUSEPORT , opt, sizeof(opt)); // 端口复用return sock;}// 特定的套接字和特定的端口号进行绑定 -- 因为这里是演示代码所以这里的端口号直接使用默认的static void Bind(int sock, int port){// 2. bind绑定自己的网络信息struct sockaddr_in local;memset(local, 0, sizeof(local));local.sin_family AF_INET;local.sin_port htons(port);local.sin_addr.s_addr INADDR_ANY;if (bind(sock, (struct sockaddr *)local, sizeof(local)) 0){logMessage(FATAL, bind socket error);exit(BIND_ERR);}logMessage(NORMAL, bind socket success);}static void Listen(int sock){// 3. 设置socket 为监听状态if (listen(sock, backlog) 0) // 第二个参数全连接长度为了方便演示直接使用默认的{logMessage(FATAL, listen socket error);exit(LISTEN_ERR);}logMessage(NORMAL, listen socket success);}// 监听套接字待提取的对端的ip待提取的对端的端口号 -- 提取后放到参数中去让调用者使用static int Accept(int listensock, std::string *clientip, uint16_t *clientport){// 4. server 获取新链接// sock, 和client进行通信的fdstruct sockaddr_in peer;socklen_t len sizeof(peer);int sock accept(listensock, (struct sockaddr *)peer, len);if (sock 0)logMessage(ERROR, accept error, next);else{logMessage(NORMAL, accept a new link success, get new sock: %d, sock);*clientip inet_ntoa(peer.sin_addr); //将一个网络字节序的IP地址也就是结构体in_addr类型变量,表示一个32位的IPv4地址转化为点分十进制的IP地址字符串*clientport ntohs(peer.sin_port);}return sock;}
};
