select连接以及使用方式

select用于监视和操作文件描述符，通过管理进程的fd_set来通知是否可以进行I/O有关的操作。

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

nfds是当前进程中文件描述符最大的一个，一般设置max + 1。出错返回-1，时间到返回0，具体参考手册和代码实例。

具体参考：http://man7.org/linux/man-pages/man2/select.2.html

代码实例

编程环境：Ubuntu 18.04 LTS
编译器：G++ 7.2

串行的select例子，服务器接受客户端的请求，并返回客户端发送来的数据。

服务器

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/time.h>
#include <netinet/in.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

#define TRUE 1
#define FALSE 0

int main(int argc, char* argv[]) {
  if (2 != argc) {
    printf(\"Usage: %s <port of serve>\\n\", argv[0]);
    return -1;
  }

  int len, rc, on = 1;
  int listen_sd, max_sd, new_sd;
  int desc_ready, end_server = FALSE;
  int close_conn;
  char buffer[80];
  struct sockaddr_in addr;
  struct timeval timeout;
  fd_set master_set, working_set;

  listen_sd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
  if (listen_sd < 0) {
    perror(\"socket() falied\\n\");
    return -1;
  }

  rc = setsockopt(listen_sd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR,
                  (char*)&on, sizeof(on));
  if (rc < 0) {
    perror(\"setsockopt() failed\\n\");
    close(listen_sd);
    return -1;
  }
  
  rc = ioctl(listen_sd, FIONBIO, (char*)&on);
  if (rc < 0) {
    perror(\"ioctl() failed\\n\");
    close(listen_sd);
    return -1;
  }

  memset(&addr, 0, sizeof(addr));
  int port = atoi(argv[1]);
  if (port <= 1024) {
    perror(\"port error\\n\");
    return -1;
  }

  addr.sin_family = AF_INET;
  addr.sin_port = htons(port);
  addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

  rc = bind(listen_sd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));
  if (rc < 0) {
    perror(\"bind() error\\n\");
    close(listen_sd);
    return -1;
  }

  rc = listen(listen_sd, 32);
  if (rc < 0) {
    perror(\"listen() error\\n\");
    close(listen_sd);
    return -1;
  }

  FD_ZERO(&master_set);
  max_sd = listen_sd;
  FD_SET(listen_sd, &master_set);

  timeout.tv_sec = 3 * 60; // 3分钟的时间
  timeout.tv_usec = 0;

  do {
    memcpy(&working_set, &master_set, sizeof(master_set));
    printf(\"Waiting on select()...\\n\");
    rc = select(max_sd + 1, &working_set, NULL, NULL, &timeout);
    
    if (rc < 0) {
      perror(\"select() failed\\n\");
      break;
    }
    if (rc == 0) {
      printf(\"select() timed out. End program.\\n\");
      break;
    }

    desc_ready = rc;  // 就绪的个数
    for (int i = 0; i <= max_sd && desc_ready > 0; ++i) {
      if (FD_ISSET(i, &working_set)) {
        desc_ready -= 1;
        if(i == listen_sd) {  // 有新的连接到来
          printf(\"Listening socket is readable.\\n\");
          do {  // 这里的死循环是为了接收完监听队列中所有的连接
            new_sd = accept(listen_sd, NULL, NULL);
            if (new_sd < 0) {
              if (errno != EWOULDBLOCK) {
                perror(\"accept() failed.\\n\");
                end_server = TRUE;
              }
              break;
            }

            printf(\"New coming connection - %d\\n\", new_sd);
            FD_SET(new_sd, &master_set);  // 新连接加入任务队列，注意是master
            if(new_sd > max_sd) {  // 更新最大的fd
              max_sd = new_sd;
            }
          } while(new_sd != -1);
        } else {  // 已经建立的连接收到数据
          printf(\"De or %d readable\\n\", i);
          close_conn = FALSE;

          do {
            // 这里处理接收到客户端的信息，死循环是为了接收完所有可能的数据
            // 注意这里，recv本身是一个阻塞的函数，所以只要客户端不主动关闭连接，
            // 那么服务器会一直阻塞在这里，又因为使用了while(TRUE)方式循环接收，
            // 因此出现了如果使用多个客户端进行连接，只有当前面的关闭连接后，
            // 后面的才会收到数据。在高性能的服务器编程中，客户端的连接应该使用
            // 多线程或者多进程的方式处理。如果资源充足，应该给每个客户端一个进程
            // 或者线程，当然这样可能也会出现资源不足的情况。更好的方式是多线程(进程)结合
            // 心跳检测机制，把下面的send发送数据替换成心跳函数。如果收不到心跳，
            // 就认定已经断线，此时把客户端的连接剔除即可。本例子中客户端主动断开
            // 连接也会被剔除，因为send函数收不到回复了。
            // 当然，这个例子只是一个示范select的作用，没有那么复杂。
            rc = recv(i, buffer, sizeof(buffer), 0);
            if (rc < 0) {
              if (errno != EWOULDBLOCK) {
                perror(\"recv() failed\");
                close_conn = TRUE;
              }
              break;
            }
            if (rc == 0) {
              printf(\"Connection closed\\n\");
              close_conn = TRUE;
              break;
            }

            len = rc;
            printf(\"%d bytes received\\n\", len);
            rc = send(i, buffer, len, 0);  // 在这里把客户端的数据重新发回去
            if (rc < 0) {
              perror(\"send() failed\");
              close_conn = TRUE;
              break;
            }
          } while(TRUE);

          if (close_conn) {
            close(i);
            FD_CLR(i, &master_set);
            if (i == max_sd) {
              // 在这里循环关掉所有的未连接socket
              while (FD_ISSET(max_sd, &master_set) == FALSE) {
                max_sd -= 1;
              }
            }
          }
        }
      }
    }
  } while(end_server == FALSE);

  // 关闭所有连接
  for (int i = 0; i <= max_sd; ++i) {
    if (FD_ISSET(i, &master_set)) {
      close(i);
    }
  }

  return 0;
}

客户端

间隔2秒发送一次数据包

#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char* argv[]) {
  if (argc != 3) {
    printf(\"Usage: %s <ip of server> <port of server>\\n\", argv[0]);
    return -1;
  }

  int port = 0;
  int socketfd = 0;
  struct sockaddr_in serv_addr;
  char buffer[80];

  bzero(&serv_addr, sizeof(serv_addr));
  bzero(buffer, sizeof(buffer));
  
  if (inet_pton(AF_INET, argv[1], &serv_addr.sin_addr.s_addr) < 0) {
    printf(\"IP error\\n\");
    return -1;
  }
  
  port = atoi(argv[2]);
  if (port <= 1024) {
    printf(\"Port error\\n\");
    return -1;
  }

  serv_addr.sin_port = htons(port);
  serv_addr.sin_family = AF_INET;

  socketfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
  if (socketfd < 0) {
    printf(\"socket() error\");
    return -1;
  }

  if (connect(socketfd, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {
    printf(\"connect() error\\n\");
    return -1;
  }
  
  int i = 0;
  int rc = 0;
  while (1) {
    sprintf(buffer, \"%dth message\\n\", i);
    ++i;
    rc = send(socketfd, buffer, sizeof(buffer), 0);
    if (rc < 0) {
      printf(\"send() error\\n\");
      return -1;
    } else if (rc == 0) {
      printf(\"send nothing to server\\n\");
      return -1;
    } else {
      printf(\"send successfully\\n\");
    }

    rc = recv(socketfd, buffer, sizeof(buffer), 0);
    if (rc < 0) {
      printf(\"recv() error\\n\");
      return -1;
    } else if (rc == 0) {
      printf(\"receive nothing from server\\n\");
      return -1;
    } else {
      printf(\"received data: %s\", buffer);
    }

    sleep(2);
  }

  return 0;
}

参考

• https://www.ibm.com/support/knowledgecenter/ssw_ibm_i_72/rzab6/xnonblock.htm
• Linux高性能服务器编程