在讲这篇内容之前，大家还记得怎么基于TCP来实现服务器—客户端吗？当时我们虽然实现了一个简单的模型，但是这个模型存在着致命的缺陷——单一。换个说法就是，一个服务器只能响应一个客户端的请求，而且在端口被释放后，在一段时间内是无法恢复使用的，会出现端口被占用的提示。这样的模型在实际生活中肯定是无法使用的，试想看，一个用户对应一个服务器，老马怕是真的要亏到坐公交车了。
马化腾表示自己亏到不要不要的
当然了，这只是开个玩笑。为了解决这个问题，开发者提出了多进程，多线程等解决方案。我们今天着了解一种解决方案——IO多路复用。
由于涉及到的代码过多，我会将内容分成三部分介绍三个函数。
IO多路复用听上去好像挺复杂，实际上就是使用一个进程监听多个套接字描述符，当其中某个套接字read/wirte就绪时，就进行相应的读写操作。这里要注意，select，poll，epoll在本质上都是同步IO，因为他们都需要在读写事件接续后，自己进行读写，也就是说这个读写过程是阻塞的。异步I/O则无需自己负责进行读写，而且把数据从内核拷贝到用户空间，这点非常重要。
IO多路复用的优势就在于系统开销小，因为无论是进程还是现场都需要系统分配内存资源，很大程度上减少了系统开销。
另外这里提一句，epoll和select有一点点不同，epoll是linux所持有的，而select是POSIX所持有，不过现在的操作系统对其都有支持。
知道了什么是IO多路复用，接下来介绍具体的实现
int select(int maxfdp1,fd_set *readset,fd_set *writeset,fd_set *exceptset,const struct timeval *timeout)
返回值：超时为0，失败为-1
参数含义：
maxfdp1：待测试的描述字个数，值为待测试的最大描述字加1。
readset、writeset和exceptset：测试读、写和异常条件的描述字。若对其中某一项无需要，可以设置为NULL（空指针）
timeval*timeout：超时时间，timeval为一个结构体，用于指定时间的秒数和微秒数 。
对最后一个参数要着重注意，因为他有以下三种情况
select函数允许进程指示内核等待多个事件中的任何一个发送，并只在有一个或多个事件发生或经历一段指定的时间后才唤醒。具体流程图如下：
图片来源：https://www.cnblogs.com/jeakeven/p/5435916.ht
下面我们附上具体的代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <assert.h>
#define IPADDR "127.0.0.1"
#define PORT 8787
#define MAXLINE 1024
#define LISTENQ 5
#define SIZE 10
typedef struct server_context_st
{
int cli_cnt; /*客户端个数*/
int clifds[SIZE]; /*客户端的个数*/
fd_set allfds; /*句柄集合*/
int maxfd; /*句柄最大值*/
} server_context_st;
static server_context_st *s_srv_ctx = NULL;
static int create_server_proc(const char* ip,int port)
{
int fd;
struct sockaddr_in servaddr;
fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0);
if (fd == -1) {
fprintf(stderr, "create socket fail,erron:%d,reason:%s\n",
errno, strerror(errno));
return -1;
}
/*一个端口释放后会等待两分钟之后才能再被使用，SO_REUSEADDR是让端口释放后立即就可以被再次使用。*/
int reuse = 1;
if (setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse)) == -1) {
return -1;
}
bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
inet_pton(AF_INET,ip,&servaddr.sin_addr);
servaddr.sin_port = htons(port);
if (bind(fd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) == -1) {
perror("bind error: ");
return -1;
}
listen(fd,LISTENQ);
return fd;
}
static int accept_client_proc(int srvfd)
{
struct sockaddr_in cliaddr;
socklen_t cliaddrlen;
cliaddrlen = sizeof(cliaddr);
int clifd = -1;
printf("accpet clint proc is called.\n");
ACCEPT:
clifd = accept(srvfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&cliaddrlen);
if (clifd == -1) {
if (errno == EINTR) {
goto ACCEPT;
} else {
fprintf(stderr, "accept fail,error:%s\n", strerror(errno));
return -1;
}
}
fprintf(stdout, "accept a new client: %s:%d\n",
inet_ntoa(cliaddr.sin_addr),cliaddr.sin_port);
//将新的连接描述符添加到数组中
int i = 0;
for (i = 0; i < SIZE; i++) {
if (s_srv_ctx->clifds[i] < 0) {
s_srv_ctx->clifds[i] = clifd;
s_srv_ctx->cli_cnt++;
break;
}
}
if (i == SIZE) {
fprintf(stderr,"too many clients.\n");
return -1;
}
101 }
static int handle_client_msg(int fd, char *buf)
{
assert(buf);
printf("recv buf is :%s\n", buf);
write(fd, buf, strlen(buf) +1);
return 0;
}
static void recv_client_msg(fd_set *readfds)
{
int i = 0, n = 0;
int clifd;
char buf[MAXLINE] = {0};
for (i = 0;i <= s_srv_ctx->cli_cnt;i++) {
clifd = s_srv_ctx->clifds[i];
if (clifd < 0) {
continue;
}
/*判断客户端套接字是否有数据*/
if (FD_ISSET(clifd, readfds)) {
//接收客户端发送的信息
n = read(clifd, buf, MAXLINE);
if (n <= 0) {
/*n==0表示读取完成，客户都关闭套接字*/
FD_CLR(clifd, &s_srv_ctx->allfds);
close(clifd);
s_srv_ctx->clifds[i] = -1;
continue;
}
handle_client_msg(clifd, buf);
}
}
}
static void handle_client_proc(int srvfd)
{
int clifd = -1;
int retval = 0;
fd_set *readfds = &s_srv_ctx->allfds;
struct timeval tv;
int i = 0;
while (1) {
/*每次调用select前都要重新设置文件描述符和时间，因为事件发生后，文件描述符和时间都被内核修改啦*/
FD_ZERO(readfds);
/*添加监听套接字*/
FD_SET(srvfd, readfds);
s_srv_ctx->maxfd = srvfd;
tv.tv_sec = 30;
tv.tv_usec = 0;
/*添加客户端套接字*/
for (i = 0; i < s_srv_ctx->cli_cnt; i++) {
clifd = s_srv_ctx->clifds[i];
/*去除无效的客户端句柄*/
if (clifd != -1) {
FD_SET(clifd, readfds);
}
s_srv_ctx->maxfd = (clifd > s_srv_ctx->maxfd ? clifd : s_srv_ctx->maxfd);
}
/*开始轮询接收处理服务端和客户端套接字*/
retval = select(s_srv_ctx->maxfd + 1, readfds, NULL, NULL, &tv);
if (retval == -1) {
fprintf(stderr, "select error:%s.\n", strerror(errno));
return;
}
if (retval == 0) {
fprintf(stdout, "select is timeout.\n");
continue;
}
if (FD_ISSET(srvfd, readfds)) {
/*监听客户端请求*/
accept_client_proc(srvfd);
} else {
/*接受处理客户端消息*/
recv_client_msg(readfds);
}
}
}
static void server_uninit()
{
if (s_srv_ctx) {
free(s_srv_ctx);
s_srv_ctx = NULL;
}
}
static int server_init()
{
s_srv_ctx = (server_context_st *)malloc(sizeof(server_context_st));
if (s_srv_ctx == NULL) {
return -1;
}
memset(s_srv_ctx, 0, sizeof(server_context_st));
int i = 0;
for (;i < SIZE; i++) {
s_srv_ctx->clifds[i] = -1;
}
return 0;
}
int main(int argc,char *argv[])
{
int srvfd;
/*初始化服务端context*/
if (server_init() < 0) {
return -1;
}
/*创建服务,开始监听客户端请求*/
srvfd = create_server_proc(IPADDR, PORT);
if (srvfd < 0) {
fprintf(stderr, "socket create or bind fail.\n");
goto err;
}
/*开始接收并处理客户端请求*/
handle_client_proc(srvfd);
server_uninit();
return 0;
err:
server_uninit();
return -1;
}
由于代码实在过长，客户端代码我就不发了，有需要的朋友可以私信或者评论留言。另外select也存在缺点，具体如下：
1、select单个进程所打开的文件描述符是有限的，由FD_SETSIZE设定，默认值是1024。
2、socket在进行扫描时采用轮询的方法，效率较低。
3、由于打开的文件需要一个struct存储，这个struct所占的内存非常大，会导致操作的时候复制开销非常大。
关于select的内容到此为止，那poll和epoll又有那些特性呢？我们下一篇内容再来探索，最后谢谢您的收看。
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