回射服务器-多路复用 select 01 （阻塞）

1. 经典“入门级”问题：IO 多路复用是什么意思？

在单个线程通过记录跟踪每一个Sock(I/O流)的状态来同时管理多个I/O流. 发明它的原因，是尽量多的提高服务器的吞吐能力。

是不是听起来好拗口，看个图就懂了.（其实就是一个时分复用）

这里写图片描述

在同一个线程里面， 通过拨开关的方式，来同时传输多个I/O流

那么，“一个请求到来了，nginx使用epoll接收请求的过程是怎样的”， 其实，ngnix会有很多链接进来， epoll会把他们都监视起来，然后像拨开关一样，谁有数据就拨向谁，然后调用相应的代码处理。

其中，“复用”指的是复用同一个线程。

其实就是操作系统为你提供了一个功能，当你的某个socket可读或者可写的时候，它可以给你一个通知，让你去处理读事件或者写事件。

而这个功能能够通过select/poll/epoll等来使用。这些函数都可以同时监视多个描述符的读写就绪状况，这样，多个描述符的 I/O 操作都能在一个线程内并发交替地顺序完成 。

2.如何使用 select 以及他的那些参数都分别代表了什么，在这里就不说了 。man 手册里讲的还是比较清楚的。

3. 直接来看一个用select实现回射服务器的小例子

origin.h 文件

#ifndef _ORIGIN_H
#define _ORIGIN_H
#include <sys/socket.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/select.h>
#include <strings.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <readline/readline.h>
#include <readline/history.h>
#define MAXLINE 1024
#define SA struct sockaddr

int err_sys(const char *err_string)
{
	perror(err_string); // err_string + 出错信息
	exit(1);
}
int Socket(int family, int type, int protocol)
{
	int n;
	if ((n = socket(family, type, protocol)) < 0)
		err_sys("socket error ");
	return n;
}
int Bind(int fd, const struct sockaddr *sa, socklen_t salen)
{
	if (bind(fd, sa, salen) < 0)
		err_sys("bind error");
}
void Listen(int fd, int backlog)
{
	char *ptr = nullptr;
	if ((ptr = getenv("LISTENQ")) != NULL)
		backlog = atoi(ptr);

	if (listen(fd, backlog) < 0)
		err_sys("listen error");
}
int Select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,
		   fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout)
{
	int n;
	if ((n = select(nfds, readfds, writefds, exceptfds, timeout)) < 0)
		err_sys("select error ");
	return n;
}
int Accept(int fd, struct sockaddr *sa, socklen_t *salenptr)
{
	int n;
again:
	if ((n = accept(fd, sa, salenptr)) < 0)
	{
		/*ECONNABORTED:在于当服务和客户进程在完成用于 TCP 连接的“三次握手”后，客户 TCP 却发送了一个 RST （复位）分节，
		在服务进程看来，就在该连接已由 TCP 排队，等着服务进程调用 accept 的时候 RST 却到达了。
		POSIX 规定此时的 errno 值必须 ECONNABORTED */
		/*EPROTO 与 ECONNABORTED 是一样的，看具体机器*/
		if (errno == EPROTO || errno == ECONNABORTED)
			goto again;
		else
			err_sys("accept error ");
	}
	return n;
}
ssize_t Read(int fd, void *ptr, size_t nbytes)
{
	ssize_t n;
	if ( (n = read(fd, ptr, nbytes)) == -1)
		err_sys("read error");
	return n;
}
size_t /* Write "n" bytes to a descriptor. */
writen(int fd, const void *vptr, size_t n)
{
	size_t nleft;
	ssize_t nwritten;
	const char *ptr;

	ptr = (const char *)vptr;
	nleft = n;
	while (nleft > 0)
	{
		if ((nwritten = write(fd, ptr, nleft)) <= 0)
		{
			if (nwritten < 0 && errno == EINTR)
				nwritten = 0; /* and call write() again */
			else
				return (-1); /* error */
		}

		nleft -= nwritten;
		ptr += nwritten;
	}
	return (n);
}
void Writen(int fd, void *ptr, size_t nbytes)
{
	if (writen(fd, ptr, nbytes) != nbytes)
		err_sys("writen error");
}
void Close(int fd)
{
	if (close(fd) == -1)
		err_sys("close error");
}

#endif

myhead.h 文件

#ifndef _MYHEAD_H
#define _MYHEAD_H
#define LISTENQ 1024
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
class mySelect
{
  public:
	mySelect(const char *_ip, const int _port) : ip(_ip), port(_port) { run(ip, port); }
	~mySelect();
	int run(const char *ip, const int port);

  private:
	const int port;
	const char *ip;
	/*（maxfd+1）是select函数的第一个参数的当前值
	listenfd 是监听套接字
	maxi 是client 数组当前使用项的最大下标
	*/
	int listenfd, maxfd, maxi;
	int client[FD_SETSIZE]; //保存已连接套接字，刚开始初始化为 -1
	fd_set rset, allset;
	int nready;
};
#endif

真正实现函数文件

#include "myhead.h"
#include "origin.h"
int mySelect::run(const char *ip, const int port)
{
	struct sockaddr_in servaddr;

	listenfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

	bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
	servaddr.sin_family = AF_INET;
	inet_pton(AF_INET, ip, &servaddr.sin_addr);
	servaddr.sin_port = htons(port);

	Bind(listenfd, (SA *)&servaddr, sizeof(servaddr));

	Listen(listenfd, LISTENQ);

	maxfd = listenfd; //0,1,2 被标准I/O占用，所以第一个可用描述符是 3 ，先初始化
	maxi = -1;

	for (int i = 0; i < FD_SETSIZE; ++i)
		client[i] = -1;
	FD_ZERO(&allset);
	FD_SET(listenfd, &allset); //打开监听套接字对应位

	for (;;)
	{
		rset = allset;
		int nready = Select(maxfd + 1, &rset, NULL, NULL, NULL);
		if (FD_ISSET(listenfd, &rset))
		{
			struct sockaddr_in cliaddr;
			socklen_t clilen = sizeof(cliaddr);
			int connfd = Accept(listenfd, (SA *)&cliaddr, &clilen);
			/*
		printf("new client: %s, port %d
",
					Inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr, 4, NULL),
					ntohs(cliaddr.sin_port));
		*/
			int i;
			for (i = 0; i < FD_SETSIZE; i++)
			{
				if (client[i] < 0)
				{
					client[i] = connfd;
					break;
				}
			}
			if (i == FD_SETSIZE)
				err_sys("too many clients ");
			FD_SET(connfd, &allset); //加入新的套接字
			if (connfd > maxfd)
				maxfd = connfd; //为了select 函数的第一个参数
			if (i > maxi)
				maxi = i;
			if (--nready <= 0)
				continue;
		}
		int sockfd;
		ssize_t n;
		char buf[MAXLINE];
		for (int i = 0; i <= maxi; i++)
		{
			if ((sockfd = client[i]) < 0)
				continue;
			if (FD_ISSET(sockfd, &rset))
			{ //看描述符是否在select 返回的描述符集中
				bzero(&buf, sizeof(buf));
				if ((n = Read(sockfd, buf, MAXLINE)) == 0)
				{ //对方关闭连接
					Close(sockfd);
					FD_CLR(sockfd, &allset);
					client[i] = -1;
				}
				else
					Writen(sockfd, buf, n);
				if (--nready <= 0)
					break;
			}
		}
	}
}
mySelect::~mySelect()
{
	close(listenfd);
}

main 函数

#include"myhead.h"

int main(void) {
	mySelect my("127.0.0.1",8081);
	return 0;
}

一些前提，不得不提：

	（maxfd+1）是select函数的第一个参数的当前值
	listenfd 是监听套接字
	maxi 是client 数组当前使用项的最大下标
	client 保存已连接套接字，刚开始全初始化为 -1
	nready 也就是select 的返回值是已就绪的描述符数目。

其他的东西都是一些辅助，我们直接来分析 run 函数即可

  1. 初始化描述符集合，将 listenfd 所对应的位打开。
  2. select 等待事件发生。或者是新连接，数据，FIN,RST的到达。
  3. 如果监听套接字变为可读，意味这已经建立了一个新的连接，于是调用accept接受连接。client 记录已连接描述符。就绪描述符数目减一，若其值变为0，就可以避免进入下一个 for 循环。让我们可以使用select的返回值来检查未就绪的描述符。
  4. 检查现有连接，进行相应处理即可 。

测试：

这里写图片描述

需要注意的是：

  1. select 的第一个参数是maxfdp1指定待测试的描述符个数，是待测试的最大描述符+1，select 监视{ 0～maxfdp1-1 }范围内的套接字。
  2. 描述符集合：通常是一个整数数组，其中每个整数的每一位对应一个描述符，比如：假设使用32为整数，那么该数组的第一个整数就对应与描述符 0～31，第二个元素就对应与32～63，依次类推。
  3. 严禁混合使用标准I/O函数库stdio(fgets等)和 select 函数！！！

问题大杂汇：

1. 为什么服务端的套接字总是非阻塞的？

2. 那些事件是可写事件？那些事件是可读事件？

所谓可读事件，具体的说是指以下事件：1 socket内核接收缓冲区中的可用字节数大于或等于其低水位SO_RCVLOWAT;2 socket通信的对方关闭了连接，这个时候在缓冲区里有个文件结束符EOF，此时读操作将返回0；3 监听socket的backlog队列有已经完成三次握手的连接请求，可以调用accept；4 socket上有未处理的错误，此时可以用getsockopt来读取和清除该错误。

所谓可写事件，则是指：1 socket的内核发送缓冲区的可用字节数大于或等于其低水位SO_SNDLOWAIT；2 socket的写端被关闭，继续写会收到SIGPIPE信号；3 非阻塞模式下，connect返回之后，发起连接成功或失败；4 socket上有未处理的错误，此时可以用getsockopt来读取和清除该错误。

3. 什么是time_wait 状态？

4. 在服务端accept之前，连接中止会发生什么？

5. SIGPIPE信号是什么？

6.为什么使用复用技术？而不是简单的来一个客户连接就开一个进程/线程去处理？

7. select /poll /epoll 都有什么优缺点？

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