Linux并发服务器模型三 -- select

常见Linux并发服务器模型 -- select多路I/O转接服务器

• 介绍
  多路IO转接服务器-多任务IO服务器, 主旨思想不再像多线程/进程那样由应用程序自己去监视客户端的连接及发送信息, 而是有系统内核来监视.主要有三种: select poll epoll. 本文主要讲解select
  select监听的文件描述符个数受限于FD_SETSIZE, 一般为1024, 单纯改变进程打开的文件描述符个数不能改变select监听文件个数, 主要解决1024个以下客户端.
  使用时需要先准备一张文件描述符表, 然后调用select, 内核会检测文件描述符表中那个文件描述符发生I/O, 该函数就会返回, 不然函数处于阻塞状态. 返回时会告诉我们那些文件描述符发生I/O;
  查看计算机硬件支持的最大文件上限
  cat /proc/sys/fs/file-max
  通过修改配置文件修改上限sudo vi /etc/security/limits.conf
  * soft nofile 8000
* hard nofile 5000
  其中的空格以tap键补上, 然后重启

屏幕快照 2016-12-13 上午10.15.09.png

通过命令修改 ulimit -n num

API:

int select(int nfds,
               fd_set *restrict readfds,
               fd_set *restrict writefds,
               fd_set *restrict errorfds,
               struct timeval *restrict timeout);
nfds:    监控的文件描述符集里最大文件描述符+1，此参数会告诉内核检测前多少个文件描述符的状态
readfds: 监控有读数据到达文件描述符集合，传入传出参数
writefds:监控写数据到达文件描述符集合，传入传出参数
exceptfds:监控异常发生达文件描述符集合,如带外数据到达异常，传入传出参数
timeout:定时阻塞监控时间，3种情况
    1. NULL，阻塞, 但是在select检测到之后会结束阻塞
    2. 设置timeval，等待固定时间
    3. 设置timeval里时间均为0，检查描述字后立即返回，轮询
struct timeval {
        long tv_sec; /* seconds */
        long tv_usec; /* microseconds */
    };
    4.返回值, 返回有几个文件描述符变化了, 但是不知道是哪一个, 需要遍历查找
    void FD_CLR(int fd, fd_set *set);   //把文件描述符集合里fd清0
    int FD_ISSET(int fd, fd_set *set);  //测试文件描述符集合里fd是否置1
    void FD_SET(int fd, fd_set *set);   //把文件描述符集合里fd位置1
    void FD_ZERO(fd_set *set);      //把文件描述符集合里所有位清0

server代码:

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

#define SERV_PORT 8888

int main(int argc, const char * argv[]) {
    int lfd, cfd;   //创建监听 通信文件描述符
    struct sockaddr_in serv_addr, clien_addr;
    // creat socket
    lfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    // init server sockaddr
    memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
    serv_addr.sin_family = AF_INET;                //地址族, ipv4
    serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); //监听本机所有IP
    serv_addr.sin_port = htons(SERV_PORT);         //设置端口
    
    socklen_t serv_len = sizeof(serv_addr);
    
    int opt = 1;
    // 设置端口复用
    setsockopt(lfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));
    
    //绑定端口
    bind(lfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, serv_len);
    
    //设置同时监听的最大个数
    listen(lfd, 64);
    printf("start accept ... \n");
    
    int maxfd = lfd;
    /**
     *  设置最大的文件描述符, 交给系统内核处理, 系统内核发现有客户端连接则会监听到变化
     *  创建要监听的文件描述符表, 但是系统监听时会将没有变化的移除
     *  此时创建一个临时的文件描述符表给系统
     */
    fd_set reads, test;
    
    // init fd_set
    FD_ZERO(&reads);
    FD_SET(lfd, &reads);
    
    while (1) {
        test = reads;
        //将test表交给系统, 系统检测中会修改发生改变的文件描述符
        int ret = select(maxfd+1, &test, NULL, NULL, NULL);
        if (ret == -1) {
            perror("select error");
            exit(1);
        }
        //判断是否有新的客户端连接, 如果存在则证明select检测到了lfd发生改变-有客户端连进来
        if (FD_ISSET(lfd, &test)) {
            socklen_t clien_len = sizeof(clien_addr);
            cfd = accept(lfd, (struct sockaddr*)&clien_addr, &clien_len);
            if(cfd == -1) {
                perror("accept error");
                exit(1);
            }
            char ipbuf[128];
            printf("new client link IP: %s, port: %d\n", inet_ntop(AF_INET, &clien_addr.sin_addr.s_addr, ipbuf, sizeof(ipbuf)),
                   ntohs(clien_addr.sin_port));
            // cfd放到检测读的集合中
            FD_SET(cfd, &reads);
            // 更新最大的文件描述符
            maxfd = maxfd < cfd ? cfd : maxfd;
        }
        //检测客户端是否有数据到达, 因为系统没有提供变化的, 所以需要遍历
        for(int i = lfd+1; i<=maxfd; ++i) {
            // 判断文件描述符是否在读集合中
            if(FD_ISSET(i, &test)) {
                char buf[1024] = {0};
                int len = (int)recv(i,  buf, sizeof(buf), 0);
                if(len == -1) {
                    perror("recv error");
                    exit(1);
                } else if(len == 0) { // == 0 客户端主动断开了连接
                    printf("客户端关闭了连接。。。\n");
                    // 从检测读的集合中删除该文件描述符
                    FD_CLR(i, &reads);
                    close(i);
                } else {
                    printf("read buf = %s\n",  buf);
                    for(int j=0; j<len; ++j) {
                        buf[j] = toupper(buf[j]);
                    }
                    printf("toupper buf == %s\n",  buf);
                    // 发送数据给客户端
                    send(i, buf, strlen(buf)+1, 0);
                }
            }
        }
    }
    return 0;
}

测试: 可以不再写客户端来测试, 直接终端输入

nc 127.0.0.1 8888

如果需要连接别的电脑上的服务器

nc 电脑IP 端口号