程序中,一個process同時處理多個 檔案描述子 (File descript)是很常見的情況。select()系統調用可以使進程檢測同時等待的多個I/O設備,當沒有設備準備好時,select()阻塞,其中任一設備準備好時,select()就返回。
select()的調用形式為:
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
int select(int maxfd, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fe_set *exceptfds, const struct timeval *timeout);
select的第一個參數是 FD (File descript)集中要被檢測的比特數,這個值必須至少比待檢測的最大 FD (File descript)大1;參數readfds指定了被讀監控的文件描述 符集;參數writefds指定了被寫監控的 FD (File descript)集;而參數exceptfds指定了被例外條件監控的 FD (File descript)集。
參數timeout起了定時器的作用:到了指定的時間,無論是否有設備準備好,都返回調用。timeval的結構定義如下:
struct timeval{
long tv_sec; //表示幾秒
long tv_usec; //表示幾微妙
}
timeout取不同的值,該調用就表現不同的性質:
1.timeout為0,調用立即返回;
2.timeout為NULL,select()調用就阻塞,直到知道有 FD (File descript)就緒;
3.timeout為正整數,就是一般的定時器。
select調用返回時,除了那些已經就緒的描述符外,select將清除readfds、writefds和exceptfds中的所有沒有就緒的描述符。select的返回值有如下情況:
1.正常情況下返回就緒的 FD (File descript)個數;
2.經過了timeout時長後仍無設備準備好,返回值為0;
3.如果select被某個信號中斷,它將返回-1並設置errno為EINTR。
4.如果出錯,返回-1並設置相應的errno。
系統提供了4個宏對描述符集進行操作:
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
void FD_SET(int fd, fd_set *fdset);
void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);
void FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);
void FD_ZERO(fd_set *fdset);
宏FD_SET設置 FD (File descript)集fdset中對應於 FD (File descript)fd的位(設置為1),宏FD_CLR清除 FD (File descript)集fdset中對應於 FD (File descript)fd的 位(設置為0),宏FD_ZERO清除 FD (File descript)集fdset中的所有位(既把所有位都設置為0)。使用這3個宏在調用select前設置描述符屏蔽位, 在調用select後使用FD_ISSET來檢測 FD (File descript)集fdset中對應於 FD (File descript)fd的位是否被設置。
過去,描述符集被作為一個整數位屏蔽碼得到實現,但是這種實現對於多於32個的 FD (File descript)將無法工作。描述符集現在通常用整數數組中的位域表示,數組元素 的每一位對應一個 FD (File descript)。例如,一個整數佔32位,那麼整數數組的第一個元素代表 FD (File descript)0到31,數組的第二個元素代表 FD (File descript)32到63,以 此類推。宏FD_SET設置整數數組中對應於fd FD (File descript)的位為1,宏FD_CLR設置整數數組中對應於fd FD (File descript)的位為0,宏FD_ZERO設置 整數數組中的所有位都為0。假設執行如下程序後:
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
fd_set readset;
FD_ZERO(&readset);
FD_SET(5, &readset);
FD_SET(33, &readset);
則 FD (File descript)集readset中對應於 FD (File descript)6和33的相應位被置為1,如圖1所示:
再執行如下程序後:
FD_CLR(5, &readset);
則 FD (File descript)集readset對應於 FD (File descript)6的相應位被置為0,如圖2所示:
通常,操作系統通過宏FD_SETSIZE來聲明在一個進程中select所能操作的 FD (File descript)的最大數目。例如:
在4.4BSD的頭文件中我們可以看到:
#ifndef FD_SETSIZE
#define FD_SETSIZE 1024
#endif
在紅帽Linux的頭文件<bits/types.h>中我們可以看到:
#define __FD_SETSIZE 1024
以及在頭文件<sys/select.h>中我們可以看到:
#include <bits/types.h>
#define FD_SETSIZE __FD_SETSIZE
既定義FD_SETSIZE為1024,一個整數佔4個字節,既32位,那麼就是用包含32個元素的整數數組來表示 FD (File descript)集。我們可以在頭文件中修改 這個值來改變select使用的 FD (File descript)集的大小,但是必須重新編譯內核才能使修改後的值有效。當前版本的unix操作系統沒有限制 FD_SETSIZE的最大值,通常只受內存以及系統管理上的限制。
我們明白了 FD (File descript)集的實現機制之後,就可對其進行靈活運用。(以下程序在紅帽Linux 6.0下運行通過,函數fd_isempty用於判斷 FD (File descript)集是否為空;函數fd_fetch取出 FD (File descript)集中的所有 FD (File descript))
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/select.h>
struct my_fd_set{
fd_set fs; //定義 FD (File descript)集fs
unsigned int nconnect; // FD (File descript)集fs中 FD (File descript)的個數
unsigned int nmaxfd; // FD (File descript)集fs中最大的 FD (File descript)
};
/* 函數fd_isempty用於判斷 FD (File descript)集是否為空,為空返回1,不為空則返回0 */
int fd_isempty(struct my_fd_set *pfs)
{
int i;
/* FD (File descript)集fd_set是通過整數數組來實現的,所以定義整數數組myset的元素個數為 FD (File descript)集fd_set所佔內存空間的字節數除以整數所佔內存空間的字節數。
*/
unsigned int myset[sizeof(fd_set) / sizeof(int)];
/* 把 FD (File descript)集pfs->fs 拷貝到數組myset */
memcpy(myset, &pfs->fs, sizeof(fd_set));
for(i = 0; i < sizeof(fd_set) / sizeof(int); i++)
/* 如果myset的某個元素不為0,說明 FD (File descript)集不為空,則函數返回0 */
if (myset[i])
return 0;
return 1; /* 如果myset的所有元素都為0,說明 FD (File descript)集為空,則函數返回1 */
}
/* 函數fd_fetch對 FD (File descript)集進行位操作,把為1的位換算成相應的 FD (File descript),然後就可對其進行I/O操作 */
void fd_fetch(struct my_fd_set *pfs)
{
struct my_fd_set *tempset; //定義一個臨時的結構指針
unsigned int myset[sizeof(fd_set)/sizeof(unsigned int)];
unsigned int i, nbit, nfind, ntemp;
tempset = pfs;
memcpy(myset, &tempset->fs, sizeof(fd_set));
/* 把最大的 FD (File descript)maxfd除以整數所佔的位數,得出maxfd在 FD (File descript)集中相應的位對應於整數數組myset的相應元素的下標,目的是為了減少檢索的次數 */
nfind = tempset->nmaxfd / (sizeof(int)*8);
for (i = 0; i <= nfind; i++) {
/* 如果數組myset的某個元素為0,說明這個元素所對應的 FD (File descript)集的32位全為0,則繼續判斷下一元素。*/
if (myset[i] == 0) continue;
/* 如果數組myset的某個元素不為0,說明這個元素所對應的 FD (File descript)集的32位中有為1的,把myset[i]賦值給臨時變量ntemp,對ntemp進行位運算,把為1的位換算成相應的 FD (File descript) */
ntemp = myset[i];
/* nbit記錄整數的二進制位數,對ntemp從低到高位進行&1運算,直到整數的最高位,或直到 FD (File descript)集中 FD (File descript)的個數等於0 */
for (nbit = 0; tempset->nconnect && (nbit < sizeof(int)*8); nbit++) {
if (ntemp & 1) {
/* 如果某位為1,則可得到對應的 FD (File descript)為nbit + 32*I,然後我們可對其進行I/O操作。這裡我只是做了簡單的顯示。*/
printf("i = %d, nbit = %d, The file description is %d\n", i, nbit, nbit + 32*i);
/* 取出一個 FD (File descript)後,將 FD (File descript)集中 FD (File descript)的個數減1 */
tempset->nconnect--; }
ntemp >>= 1; // ntemp右移一位
}
}
}
/* 下面的主程序是對以上兩個函數的測試 */
main()
{
/* 假設fd1,fd2,fd3為3個 FD (File descript),實際運用中可為Socket描述符等 */
int fd1 = 7, fd2 = 256, fd3 = 1023, isempty;
struct my_fd_set connect_set;
connect_set.nconnect = 0;
connect_set.nmaxfd = 0;
FD_ZERO(&connect_set.fs);
/* FD_SET操作前對函數fd_isempty進行測試 */
isempty = fd_isempty(&connect_set);
printf("isempty = %d\n", isempty);
FD_SET(fd1, &connect_set.fs);
FD_SET(fd2, &connect_set.fs);
FD_SET(fd3, &connect_set.fs);
connect_set.nconnect = 3;
connect_set.nmaxfd = fd3 ;
/* FD_SET操作後,既把 FD (File descript)加入到 FD (File descript)集之後,對函數fd_isempty進行測試 */
isempty = fd_isempty(&connect_set);
printf("isempty = %d\n", isempty);
/* 對函數fd_ fetch進行測試 */
fd_fetch(&connect_set);
}
/* 程序輸出結果為 :*/
isempty is 1
isempty is 0
i = 0, nbit = 7, The file description is 7
i = 8, nbit = 0, The file description is 256
i = 31, nbit = 31, The file description is 1023
- Nov 17 Wed 2010 09:52
Select()系統調用及文件描述符集fd_set的應用
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