1、基本概念
IO多路復用是指內核一旦發現進程指定的一個或者多個IO條件准備讀取，它就通知該進程。IO多路復用適用如下場合：
（1）當客戶處理多個描述字時（一般是交互式輸入和網絡套接口），必須使用I/O復用。
（2）當一個客戶同時處理多個套接口時，而這種情況是可能的，但很少出現。
（3）如果一個TCP服務器既要處理監聽套接口，又要處理已連接套接口，一般也要用到I/O復用。
（4）如果一個服務器即要處理TCP，又要處理UDP，一般要使用I/O復用。
（5）如果一個服務器要處理多個服務或多個協議，一般要使用I/O復用。
與多進程和多線程技術相比，I/O多路復用技術的最大優勢是系統開銷小，系統不必創建進程/線程，也不必維護這些進程/線程，從而大大減小了系統的開銷。
2、select函數
該函數准許進程指示內核等待多個事件中的任何一個發送，並只在有一個或多個事件發生或經歷一段指定的時間後才喚醒。函數原型如下：
#include
#include
int select(int maxfdp1,fd_set *readset,fd_set *writeset,fd_set *exceptset,const struct timeval *timeout)
返回值：就緒描述符的數目，超時返回0，出錯返回-1
函數參數介紹如下：
（1）第一個參數maxfdp1指定待測試的描述字個數，它的值是待測試的最大描述字加1（因此把該參數命名為maxfdp1），描述字0、1、2...maxfdp1-1均將被測試。
（2）中間的三個參數readset、writeset和exceptset指定我們要讓內核測試讀、寫和異常條件的描述字。如果對某一個的條件不感興趣，就可以把它設為空指針。struct fd_set可以理解為一個集合，這個集合中存放的是文件描述符，可通過以下四個宏進行設置：
void FD_ZERO(fd_set *fdset); //清空集合
void FD_SET(int fd, fd_set *fdset); //將一個給定的文件描述符加入集合之中
void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset); //將一個給定的文件描述符從集合中刪除
int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset); // 檢查集合中指定的文件描述符是否可以讀寫
（3）timeout告知內核等待所指定描述字中的任何一個就緒可花多少時間。其timeval結構用於指定這段時間的秒數和微秒數。
struct timeval{
long tv_sec; //seconds
long tv_usec; //microseconds
};
這個參數有三種可能：
（1）永遠等待下去：僅在有一個描述字准備好I/O時才返回。為此，把該參數設置為空指針NULL。
（2）等待一段固定時間：在有一個描述字准備好I/O時返回，但是不超過由該參數所指向的timeval結構中指定的秒數和微秒數。
（3）根本不等待：檢查描述字後立即返回，這稱為輪詢。為此，該參數必須指向一個timeval結構，而且其中的定時器值必須為0。
3、測試程序
寫一個TCP回射程序，程序的功能是：客戶端向服務器發送信息，服務器接收並原樣發送給客戶端，客戶端顯示出接收到的信息。
服務端程序如下所示：
1 #include
2 #include
3 #include
4 #include
5
6 #include
7 #include
8 #include
9 #include
10 #include
11
12 #define IPADDRESS "127.0.0.1"
13 #define PORT 8787
14 #define MAXLINE 1024
15 #define LISTENQ 5
16
17 //函數聲明
18 //創建套接字並進行綁定
19 static int socket_bind(const char* ip,int port);
20 //IO多路復用select
21 static void do_select(int listenfd);
22 //處理多個連接
23 static void handle_connection(int *connfds,int num,fd_set *prset,fd_set *pallset);
24
25 int main(int argc,char *argv[])
26 {
27 int listenfd,connfd,sockfd;
28 struct sockaddr_in cliaddr;
29 socklen_t cliaddrlen;
30 listenfd = socket_bind(IPADDRESS,PORT);
31 listen(listenfd,LISTENQ);
32 do_select(listenfd);
33 return 0;
34 }
35
36 static int socket_bind(const char* ip,int port)
37 {
38 int listenfd;
39 struct sockaddr_in servaddr;
40 listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
41 if (listenfd == -1)
42 {
43 perror("socket error:");
44 exit(1);
45 }
46 bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
47 servaddr.sin_family = AF_INET;
48 inet_pton(AF_INET,ip,&servaddr.sin_addr);
49 servaddr.sin_port = htons(port);
50 if (bind(listenfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) == -1)
51 {
52 perror("bind error: ");
53 exit(1);
54 }
55 return listenfd;
56 }
57
58 static void do_select(int listenfd)
59 {
60 int connfd,sockfd;
61 struct sockaddr_in cliaddr;
62 socklen_t cliaddrlen;
63 fd_set rset,allset;
64 int maxfd,maxi;
65 int i;
66 int clientfds[FD_SETSIZE]; //保存客戶連接描述符
67 int nready;
68 //初始化客戶連接描述符
69 for (i = 0;i < FD_SETSIZE;i++)
70 clientfds[i] = -1;
71 maxi = -1;
72 FD_ZERO(&allset);
73 //添加監聽描述符
74 FD_SET(listenfd,&allset);
75 maxfd = listenfd;
76 //循環處理
77 for ( ; ; )
78 {
79 rset = allset;
80 //獲取可用描述符的個數
81 nready = select(maxfd+1,&rset,NULL,NULL,NULL);
82 if (nready == -1)
83 {
84 perror("select error:");
85 exit(1);
86 }
87 //測試監聽描述符是否准備好
88 if (FD_ISSET(listenfd,&rset))
89 {
90 cliaddrlen = sizeof(cliaddr);
91 //接受新的連接
92 if ((connfd = accept(listenfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&cliaddrlen)) == -1)
93 {
94 if (errno == EINTR)
95 continue;
96 else
97 {
98 perror("accept error:");
99 exit(1);
100 }
101 }
102 fprintf(stdout,"accept a new client: %s:%d\n", inet_ntoa(cliaddr.sin_addr),cliaddr.sin_port);
103 //將新的連接描述符添加到數組中
104 for (i = 0;i maxfd ? connfd : maxfd);
121 //記錄客戶連接套接字的個數
122 maxi = (i > maxi ? i : maxi);
123 if (--nready <= 0)
124 continue;
125 }
126 //處理客戶連接
127 handle_connection(clientfds,maxi,&rset,&allset);
128 }
129 }
130
131 static void handle_connection(int *connfds,int num,fd_set *prset,fd_set *pallset)
132 {
133 int i,n;
134 char buf[MAXLINE];
135 memset(buf,0,MAXLINE);
136 for (i = 0;i <= num;i++)
137 {
138 if (connfds[i] < 0)
139 continue;
140 //測試客戶描述符是否准備好
141 if (FD_ISSET(connfds[i],prset))
142 {
143 //接收客戶端發送的信息
144 n = read(connfds[i],buf,MAXLINE);
145 if (n == 0)
146 {
147 close(connfds[i]);
148 FD_CLR(connfds[i],pallset);
149 connfds[i] = -1;
150 continue;
151 }
152 printf("read msg is: ");
153 write(STDOUT_FILENO,buf,n);
154 //向客戶端發送buf
155 write(connfds[i],buf,n);
156 }
157 }
158 }
客戶端程序如下：
1 #include
2 #include
3 #include
4 #include
5 #include
6 #include
7 #include
8 #include
9 #include
10
11 #define MAXLINE 1024
12 #define IPADDRESS "127.0.0.1"
13 #define SERV_PORT 8787
14
15 #define max(a,b) (a > b) ? a : b
16
17 static void handle_connection(int sockfd);
18
19 int main(int argc,char *argv[])
20 {
21 int sockfd;
22 struct sockaddr_in servaddr;
23 sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
24 bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
25 servaddr.sin_family = AF_INET;
26 servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
27 inet_pton(AF_INET,IPADDRESS,&servaddr.sin_addr);
28 connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));
29 //處理連接描述符
30 handle_connection(sockfd);
31 return 0;
32 }
33
34 static void handle_connection(int sockfd)
35 {
36 char sendline[MAXLINE],recvline[MAXLINE];
37 int maxfdp,stdineof;
38 fd_set rset;
39 int n;
40 FD_ZERO(&rset);
41 for (; ;)
42 {
43 //添加標准輸入描述符
44 FD_SET(STDIN_FILENO,&rset);
45 //添加連接描述符
46 FD_SET(sockfd,&rset);
47 maxfdp = max(STDIN_FILENO,sockfd);
48 //進行輪詢
49 select(maxfdp+1,&rset,NULL,NULL,NULL);
50 //測試連接套接字是否准備好
51 if (FD_ISSET(sockfd,&rset))
52 {
53 n = read(sockfd,recvline,MAXLINE);
54 if (n == 0)
55 {
56 fprintf(stderr,"client: server is closed.\n");
57 close(sockfd);
58 FD_CLR(sockfd,&rset);
59 }
60 write(STDOUT_FILENO,recvline,n);
61 }
62 //測試標准輸入是否准備好
63 if (FD_ISSET(STDIN_FILENO,&rset))
64 {
65 n = read(STDIN_FILENO,sendline,MAXLINE);
66 if (n == 0)
67 {
68 FD_CLR(STDIN_FILENO,&rset);
69 continue;
70 }
71 write(sockfd,sendline,n);
72 }
73 }
74 }
4、程序結果
啟動服務程序，執行兩個客戶程序進行測試，結果如下圖所示：
