网络编程3：select函数用法和原理

select原理解析

IO复用

非阻塞IO模型，是一个线程一个socket，需要轮询的通过IO系统调用来判断数据是不是准备好了，这个模型会导致IO API的频繁调用，会浪费CPU时间片，并且客户端连接多的时候，线程开启太多，服务端压力很大，为此使用IO复用来代替非阻塞IO判断数据是不是准备好了(内核代替判断)，并且一个线程里面的一个IO复用可以挂载多个IO句柄，减少线程开辟.

select

select用于检测一组socket中某个或者几个是不是又事件就绪，事件可以分为下三种:

读事件就绪
- 对于listenfd，一般不会检测listenfd 的写事件没有意义
  - 有新连接来了
- 对于普通fd
  - 有新数据来了
  - 对端关闭连接，此时调用recv活read返回0
写事件就绪，只针对普通的socketfd
- 普通的socketfd，可以利用改fd进行发送数据，且数据一定可以写入内核缓冲区，并不是要发的数据一次性发完
异常事件就绪
- socket 上收到带外数据
  函数签名：

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

参数一: int nfds,一组绑定到fd_set上的socket的最大句柄数值+1,比如说，绑定了句柄20，30，40,则nfds = 40+1。linux下要严格执行，但是win下这个nfds没有意义，win自己忽略不计，但是为了保证平台兼容，也会找到最大句柄数，并+1传入，因为win下的socket句柄并不是整型。
tip: 句柄不是内核对象的地址，而是内核句柄表中的索引
参数二: 检测一组socket的读事件的时候，将socket传入readfds
参数三: 检测一组socket的写事件的时候，将socket传入writefds
参数四: 检测一组socket的异常的时候，将socket传入exceptfds,一般设置为NULL
参数五: 超时时间，可以设置为NULL、0、>0三种情况:
- 为NULL的时候,select会一直等待，直到绑定到上面的某个socket有事件，会返回，返回值会告诉你有几个socket有事件
- 为0的时候，秒和微秒都是0，select不管有没有事件都会返回，有返回事件数，没有也是直接返回，不会阻塞。
- >0的时候，在设定时间内，有事件就会返回，没有事件就等到这么长时间再返回。
  如果三个fd_set都没有事件，且超时时间设置为NULL，就会永久阻塞
返回值: 返回值是返回有有事件的socket数量，如果三个fd_set都设置，那么有两个有事件，返回2，只有一个有事件返回1，如果三个都不设置就是个超时函数。

函数参数结构体:

超时时间结构体：

  struct timeval 
  {
  	long    tv_sec;         /* seconds */
  	long    tv_usec;        /* microseconds */
  };

fd_set结构体：

windows:
数组实现
typedef struct fd_set {  
     u_int fd_count;             /* how many are SET? */  表示fd_array里面有效的fd数量
     SOCKET  fd_array[FD_SETSIZE];   /* an array of SOCKETs */
} fd_set;

linux:
// 标志位来实现
typedef struct
{ 
	一个long int linux下是8个字节 一个字节是8bit 16个元素就是8*8*16=1024bit,
	每个bit对应fd的事件状态,0表示没有事件，1表示有事件，1024是支持的最大fd数量
	
    long int __fds_bits[16];   // 标志位
} fd_set;

使用实例：

如何设置

fd_set writeset;
//linux标志位全部清0，windows是将writeset有效fd数量清0
FD_ZERO(&writeset); 
// linux，向_fds_bits中的某个bit上设置一个标志,windows，把一个socket挂在fd_set上  
FD_SET(m_hSocket, &writeset); 
struct timeval tv;
tv.tv_sec = 3;
tv.tv_usec = 100;
select(m_hSocket + 1, NULL, &writeset, NULL, &tv);

与select搭配的四个宏:

FD_CLR(int fd,fd_set* set)；用来清除描述词组set中相关fd 的位
FD_ZERO（fd_set *set）；用来清除描述词组set的全部位
FD_SET（int fd,fd_setset）；用来设置描述词组set中相关fd的位
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

在这里插入图片描述
优点:

非阻塞IO每次查询数据是否准备好了，都需要切换内核态，轮询消耗CPU。select函数直接将查询多个socketfd的动作交给了内核，避免了CPU消耗和减少了内核态的切换。
非阻塞IO一个线程一个socket连接，客户端连接数量大的时候，服务器压力很大，并且很难实现高并发

缺点：

每次调用 select 函数，都需要把 fd 集合(fd_set)从用户态拷贝到内核态(内核态切换)，这个开销在 fd 较多时会很大，同时每次调用 select 函数都需要在内核遍历传递进来的所有 fd，这个开销在 fd 较多时也很大；
单个进程能够监视的文件描述符的数量存在最大限制，在 Linux 上一般为 1024，可以通过修改宏定义然后重新编译内核的方式提升这一限制，这样非常麻烦而且效率低下；
select 函数在每次调用之前都要对传入参数进行重新设定，这样做也比较麻烦。因为select函数返回后，会改变fd_set数组的标志为，如果是发送了事件标志为1,没发送标志为0.
如果有事件发生，select需要轮询所有挂载的socketfd，取寻找是哪个触发了事件。无差别轮询，时间复杂度O(n), 挂载的socketfd越多，效率越低。

关于select传入fd_set的过程：

应用程序调用select之后，会将fet_set拷贝到内核空间，应用程序会阻塞等待函数返回。
内核根据fd_set得到需要处理的句柄，根据句柄是否准备好数据，给fd_set置位。
线程/进程被唤醒，拿到内核处理过的fd_set，就可以通过FD_ISSET来判断套接字是不是准备好了。

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