本文主要是介绍Linux网络编程（3）使用select处理多个连接的回射服务器，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！
作为一个服务器，只处理一个连接是在有点说不过去。当有多个客户端建立连接时，需要保持较好的并发性，以及时处理每个连接。
最简单的一种方法就是把socket设置为非阻塞方式（使用ioctl()函数），然后在一个死循环中一直轮流测试每个连接的recv()，如果收到数据，再发送回去。这样做最大的坏处就是在没有可以读的数据时，CPU一直处于忙等待的状态，浪费了宝贵的CPU资源。
有一种不使用忙等待的方法，那就是对于每个连接，都在一个子线程或者子进程中来进行IO操作，主线程或者主进程只负责accept()，每当有新的连接建立时，新建一个子线程或者子进程，把这个连接的socket描述符传给它。这样做保持了很好的并发性。用子线程来代替子进程当然是更好的选择，因为它占用更少的资源，而且线程之间可以方便的使用共享的内存。但是这样做也有不足的地方，就是当连接数非常大时，比如说几千个或者上万个，线程之间的切换则会造成不小的代价。如果一个服务器只需要维护很少的连接，比如几个或者十几个，使用这种方法还是比较可行的。
还有一种方法，也就是下面详细介绍的方法，I/O复用的一种：使用select()函数。整个过程可以先大致这么理解：有三个socket描述符集合，分别代表可以读的描述符，可以写的描述符，和有待处理异常的描述符。调用select()函数之前，先把需要关注的描述符放入对应的描述符集合里，然后调用select()，返回时，依次检查每个描述符，看看它是否可读或者可写或者有异常。如果所有描述符都没有准备就绪，select()函数默认会一直阻塞。
下面介绍一下相关的函数和数据结构：
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
int select(int maxfdp1, fd_set *readset, fd_set *writeset, fd_set *exceptset, const struct timeval *timeout);struct timeval
{long tv_sec;long tv_usec;
}void FD_ZERO(fd_set *fdset);
void FD_SET(int fd, fd_set *fdset);
void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);
int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);FD_ZERO()、FD_SET()、FD_CLR()、FD_ISSET()这四个宏函数分别提供了把fd_set的所有位置零、设置fd_set的某一位为一、把fd_set的某一位清零和检测fd_set的某一位是否是1。fd_set可以理解成是一个比特数组，每一个比特代表一个描述符。每个描述符根据它的值被映射到相应的比特上。fd_set一般最多可以放置1024个描述符，也就是说fd_set一共有1024比特。select()函数会测试fd_set中前maxfdp1个比特，看它们是否准备好。剩下的比特就不用再检测了，可以提高效率。这就很好解释maxfdp1这个参数的含义了，因为描述符的值是从0开始的。举个例子，比如有3个需要测试是否可读的描述符，它们的值分别为1，3，5，那么fd_set的前6位分别为010101（注意，描述符是从0开始编号的），select需要依次检测6个描述符，即从0至5，所以maxfdp1的值是最大的描述符的值（5）加一。
select()函数返回后，会把满足条件的描述符所对应的比特置为1，不满足的置为0。使用FD_ISSET()宏函数一次检测每个描述符，就可以知道哪个描述符准备好了，并对它进行对应的操作。有一点需要注意，每次调用select()函数之前，fd_set都必须重新设定，因为select()函数会修改fd_set中的比特。
下面简单介绍一下可读、可写和有异常的定义。
可读的4种定义：（1）套接字缓冲区收到了足够的数据（和TCP的实现有关），也就是说这时调用recv()函数不会阻塞，而且返回一个大于0的值。（2）套接字的读半部被关闭，也就是说它收到了一个FIN标志。此时调用recv()函数返回0。（3）在服务器端套接字成功开始监听，并且完成了至少1个连接。也就是说这时调用accept()函数不会阻塞。（4）有一个套接字出错了，这时调用recv()函数则返回-1。
可写的4中定义：（1）套接字的发送缓冲区有足够的空间接收数据此时调用send()函数不会阻塞且返回一个大于0的值。（2）套接字的写半部被关闭。（3）非阻塞的connect()函数成功建立了连接，或者失败。（4）有一个套接字出错了，这时调用send()函数则返回-1。
有异常的定义：TCP有带外数据。
下面的程序是使用了select()函数的回射服务器程序。为了使用STL提供的set，map等数据结构，这次使用C++，但是没有用到面向对象编程。
#include <stdlib.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/select.h>
#include <string.h>
#include <string>
#include <set>
#include <map>
#include <iostream>using namespace std;#define BUFFER_SIZE 1024int getSetMax(set<int> &s)
{if(s.empty() == true)return 0;int max = (*(s.begin()));set<int>::iterator it;for(it = s.begin(); it != s.end(); it++)if((*it) > max)max = (*it);return max;
}int getMapMax(map<int, string> &m)
{if(m.empty() == true)return 0;map<int, string>::iterator it;int max = m.begin()->first;for(it = m.begin(); it != m.end(); it++)if(it->first > max)max = it->first;return max;
}int main(int argc, char** argv)
{if(argc != 2){cout<<"Usage:"<<endl<<argv[0]<<" <port>"<<endl;return 0;}char buffer[BUFFER_SIZE];int socketFd, clientFd;unsigned int clientAddrLength;int receivedLength;struct sockaddr_in myAddr;struct sockaddr_in clientAddr;fd_set readSet;fd_set writeSet;set<int> socketSet;map<int, string> receivedMessages;memset(&myAddr, 0, sizeof(myAddr));myAddr.sin_family = AF_INET;myAddr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));myAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);socketFd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);bind(socketFd, (struct sockaddr*)&myAddr, sizeof(myAddr));listen(socketFd, 8);set<int>::iterator it;map<int, string>::iterator mapIt;while(true){FD_ZERO(&readSet);FD_SET(socketFd, &readSet);for(it = socketSet.begin(); it != socketSet.end(); it++)FD_SET((*it), &readSet);select(max(getSetMax(socketSet), socketFd) + 1, &readSet, NULL, NULL, NULL);if(FD_ISSET(socketFd, &readSet)){clientAddrLength = sizeof(clientAddr);clientFd = accept(socketFd, (struct sockaddr*)&clientAddr, &clientAddrLength);cout<<"Accept a connection: "+ string(inet_ntoa(clientAddr.sin_addr)) + ':'<<ntohs(clientAddr.sin_port)<<endl;socketSet.insert(clientFd);}for(it = socketSet.begin(); it != socketSet.end(); it++){if(FD_ISSET((*it), &readSet)){receivedLength = recv((*it), buffer, BUFFER_SIZE, 0);if(receivedLength <= 0){shutdown((*it), SHUT_RDWR);socketSet.erase(*it);receivedMessages.erase(*it);}else{buffer[receivedLength] = '\0';cout<<"Receive a message: "<<buffer<<endl;receivedMessages[*it].append(string(buffer, receivedLength));}}}if(receivedMessages.empty() == false){FD_ZERO(&writeSet);for(mapIt = receivedMessages.begin();mapIt != receivedMessages.end(); mapIt ++)FD_SET(mapIt->first, &writeSet);select(getMapMax(receivedMessages) + 1, NULL, &writeSet, NULL, NULL);for(mapIt = receivedMessages.begin();mapIt != receivedMessages.end(); mapIt ++){if(FD_ISSET(mapIt->first, &writeSet)){send(mapIt->first, mapIt->second.c_str(), mapIt->second.length(), 0);receivedMessages.erase(mapIt);}}}}return 0;
}
可以多开几个netcat测试一下，或者写个脚本测试一下。
上面这个程序是在单线程下使用select来处理多个TCP连接的。现代CPU都有多个核心，所以使用多线程可以很大地提升性能。在主线程中只用select()函数测试已建立的连接，然后看一看子线程中哪个线程的可读描述符集合最小，就把新的描述符传给它。在子线程里，先等待有可读的描述符，收到数据后再把数据发送给可写的描述符。但是建立多少个线程最合适？我认为子线程个个数应该是CPU物理核心数的2倍。因为超线程技术可以使单个核心的并行性能得到提升。
这篇关于Linux网络编程（3）使用select处理多个连接的回射服务器的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！
