I/O复用---select函数实现并发服务器

浅浅的花香味﹌ 2022-05-25 10:19 184阅读 0赞

## 基于I/O复用的服务器端 ##

### 复用技术在服务器端的应用 ###

多进程服务器端模型：(一个进程对应一个客户端)

![70][]

在模型中引入复用技术，减少进程数。无论连接多少客户端，提供服务的进程只有1个。

![70 1][]

## 理解select函数并实现服务器端 ##

### select函数的功能和调用顺序 ###

select函数调用过程：

![70 2][]

### 设置文件描述符 ###

利用select函数可以同时监视多个文件描述符。监视文件描述符可以视为监视套接字。

将要监视的文件描述符集中到一起。集中时也要按照监视项(接收,传输,异常)进行区分,将3种监视项分为3类

使用fd\_set数组变量执行此项操作，数组是存有0和1的位数组。

![70 3][]

位设置为1表示该文件描述符是监视对象。

在fd\_set变量中注册或更改值的操作都由下列宏完成:

![70 4][]

FD\_ISSET用于验证select函数的调用结果

![70 5][]

### 设置检查(监视)范围及超时 ###

![70 6][]

select函数验证3种监视项的变化情况。根据监视项声明3个fd\_set型变量，分别向其注册文件描述符信息，并把变量的地址值传递到上述函数的第二到第四个参数。

文件描述符的监视范围是？

答：文件描述符的监视范围与select函数的第一个参数有关。sekect函数要求通过第一个参数传递监视对象 文件描述符的对象。

如何设定select函数的超时时间？

答：select函数的超时时间与select函数的最后一个参数有关。其中timeval结构体定义如下:

struct timeval
    {
        long tv_sec;        //seconds秒
        long tv_usec;       //microseconds毫秒
    }

### 调用select函数后查看结果 ###

调用select函数时，除发生变化的文件描述符对应位外，剩下的所有位将初始化为0。因此，只要调用select函数后，值仍为1的位置上的文件描述符发生了变化。

select函数返回大于0的整数，说明相应数量的文件描述符发生变化。

//提示：文件描述符变化是指监视的文件描述符中发生了相应的监视事件。例如：通过select的第二个参数传递的集合中存在需要读数据的描述符时，就意味着文件描述符发生变化。

### select函数调用示例 ###

###  ###

/* select函数调用示例 */
    #include<stdio.h>
    #include<unistd.h>
    #include<sys/time.h>
    #include<sys/select.h>
    #define BUF_SIZE 30
    
    int main(int argc, char *argv[])
    {
    	fd_set reads, temps;
    	int result, str_len;
    	char buf[BUF_SIZE];
    	struct timeval timeout;
    	
    	FD_ZERO(&reads);
    	FD_SET(0,&reads);			//在reads中将文件描述符0对应的位设置为1,表示需要监视标准输入的变化
    
    	/*
    	 * timeout.tv_sec  = 5;
    	 * timeout.tv_usec = 5000;
    	*/
    
    	while(1)
    	{
    		temps = reads;	
    		/*
    		将reads的内容复制到temps中，因为调用select函数,除发生变化的文件描述符对应位外,
    		剩下的所有位将初始化为0.因此为了记住初始值,必须经过这种复制过程。
    		*/
    		
    		timeout.tv_sec  = 5;
    		timeout.tv_usec = 0;	//每次调用select函数前都要初始化timeval结构体变量
    		result = select(1,&temps,0,0,&timeout);	//如果控制台输入数据,则返回大于0的整数
    		if (result == -1)
    		{
    			puts("select() error!");
    			break;
    		}
    		else if(result == 0)
    		{
    			puts("Time-out!");		//超时
    		}
    		else						//文件描述符发生了变化
    		{
    			if(FD_ISSET(0,&temps))  //验证发生变化的文件描述符是否为标准输入。
    			{
    				str_len = read(0,buf,BUF_SIZE);	
    				buf[str_len] = 0;
    				printf("message from console: %s",buf);
    			}
    		}
    	}
    	return 0;
    }

运行结果：

![70 7][]

设置的超时时间为5秒，若5秒标准输入没有变化，则超时。

### 实现I/O复用服务器端 ###

示例：基于I/O复用的回声服务器端

#include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<string.h>
    #include<unistd.h>
    #include<arpa/inet.h>
    #include<sys/socket.h>
    #include<sys/time.h>
    #include<sys/select.h>
    
    #define BUF_SIZE 100
    void error_handling(char *message);
    
    int main(int argc, char *argv[])
    {
    	int serv_sock, clnt_sock;
    	struct sockaddr_in serv_adr, clnt_adr;
    	struct timeval timeout;
    	fd_set reads, cpy_reads;
    
    	socklen_t adr_sz;
    	int fd_max, str_len, fd_num, i;
    	char buf[BUF_SIZE];
    	if (argc != 2)
    	{
    		printf("Usage: %s <port> \n",argv[0]);
    		exit(1);
    	}
    
    	serv_sock = socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0);		//serv_sock文件描述符的值为3
    	memset(&serv_adr,0,sizeof(serv_adr));
    	serv_adr.sin_family = AF_INET;
    	serv_adr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    	serv_adr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));
    
    	if (bind(serv_sock, (struct sockaddr*) &serv_adr, sizeof(serv_adr)) == -1)
    		error_handling("bind() error!");
    	if (listen(serv_sock,5) == -1)
    		error_handling("listen() error!");
    
    	FD_ZERO(&reads);
    	FD_SET(serv_sock, &reads);			//注册服务器端套接字信息。接收数据情况的监视对象就包含了服务器套接字
    	fd_max = serv_sock;					
    
    	while(1)
    	{
    		cpy_reads = reads;
    		timeout.tv_sec  = 5;
    		timeout.tv_usec = 5000;
    
    		if ((fd_num = select(fd_max+1, &cpy_reads, 0, 0, &timeout)) == -1)
    			break;
    		if (fd_num == 0)
    			continue;
    		
    		for (i = 0; i < fd_max+1; i++)		//select返回值fd_num大于0才执行此循环。不然在前面循环就终止
    		{
    			if (FD_ISSET(i,&cpy_reads))		//当cpy_reads中的i位置对应的文件描述符发生了变化，则此函数返回真
    			{
    				if (i == serv_sock)			//若是服务器端套接字描述符改变，则接收连接请求
    				{
    					adr_sz = sizeof(clnt_adr);
    					clnt_sock = accept(serv_sock,(struct sockaddr*)&clnt_adr,&adr_sz);	//clnt_sock文件描述符的值为4
    					FD_SET(clnt_sock,&reads);		//注册与客户端连接的套接字文件描述符
    					if (fd_max < clnt_sock)
    						fd_max = clnt_sock;
    					printf("connected client: %d \n",clnt_sock);
    				}
    				else					//read message 
    				{
    					str_len = read(i,buf,BUF_SIZE);
    					if (str_len == 0)	//close request 
    					{
    						FD_CLR(i,&reads);	//清除i对应位的文件描述符信息
    						close(i);
    						printf("closed client: %d \n",i);
    					}
    					else 
    					{
    						write(i,buf,str_len);		//echo!
    					}
    				}
    			}
    
    		}
    	}
    	close(serv_sock);
    	return 0;
    }
    
    void error_handling(char *message)
    {
    	fputs(message,stderr);
    	fputc('\n',stderr);
    	exit(1);
    }

运行结果:

客户端1：

![70 8][]

客户端2：

![70 9][]

......................（可以连多个客户端，并发服务器）

服务器端:

![70 10][]

服务器端输出的数字从4开始，因为此程序中：

标准输入-----------0；

标准输出-----------1；

标准错误-----------2；

serv\_sock---------3；

与客户端连接的套接字描述符的值是从4开始，依次递增。

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[70 1]: /images/20220525/3a57ec3d7bc649acaeb626d7cf62fc5b.png
[70 2]: /images/20220525/2365b21b04ed44eb9e0c2ad773c0ce9c.png
[70 3]: /images/20220525/a88f1ceeb6c84efa997ab871c4facd05.png
[70 4]: /images/20220525/e61e67f1ad8c47f5bd45fb8431e30bf9.png
[70 5]: /images/20220525/95b8e67a5db74e709c5abfe6ad2a8bb9.png
[70 6]: /images/20220525/9289763eb6114d2eb8922c41762477b0.png
[70 7]: /images/20220525/5798d4eae94b41ce917d259771c199bf.png
[70 8]: /images/20220525/200dbdfd17c14987831d27bdb5aae695.png
[70 9]: /images/20220525/8eea79395c064cc29eb246e3197dc52b.png
[70 10]: /images/20220525/e5e680a7979e48148d916a082473b992.png