I O多路復用之select

1、什麼是i/o多路復用

關於什麼是i/o多路復用，在知乎上有個很好的回答，可以參考羅志宇前輩的回答。

這裡記錄一下自己的理解。我認為要理解這個術語得從兩方面去出發，一是：多路是個什麼概念？二是：復用的什麼東西？先說第乙個問題。多路指的是多條獨立的i/o流，i/o流可以這麼理解：讀是一條流（稱之為讀流，比如輸入流），寫是一條流（稱之為寫流，比如輸出流），異常也是一條流（稱之為異常流），每條流用乙個檔案描述符來表示，同乙個檔案描述符可以同時表示讀流和寫流。再來看第二個方面，復用的是什麼東西？復用的是執行緒，復用執行緒來跟蹤每路io的狀態，然後用乙個執行緒就可以處理所有的io。

當然，不提什麼i/o多路復用也能在乙個執行緒就處理完所有的io流，用個while迴圈挨個處理一次不就解決了嘛？那為什麼還要提出這個技術呢？原因就是剛才我們想的方法（輪詢）效率太低了，資源利用率也不高。試想一下，如果某個io被設定成了阻塞io，那麼其他的io將被卡死，也就浪費掉了其他的io資源。另一方面，假設所有io被設定成非阻塞，那cpu一天到晚也不用幹別的事了，就在這不停的問，現在可以進行io操作了嗎，直到有乙個裝置準備好環境才能進行io，也就是在裝置準備io環境的這一段時間，cpu是沒必要瞎問的，問了也沒結果。

隨後硬體發展起來了，有了多核的概念，也就有了多執行緒。這個時候可以這樣做，來一條io我開乙個執行緒，這樣的話再也不用輪詢了。然而，管理執行緒是要耗費系統資源的，程式設計師也開始頭疼了，執行緒之間的互動是十分麻煩的。這樣一來程式的複雜性蹭蹭蹭地往**，io效率是可能提高了，但是軟體的開發效率卻可能減低了。

#include<sys/select.h>

intselect(int

nfds, fd_set

*readfds, fd_set

*writefds, fd_set

*exceptfds,

struct

timeval

*timeout);

struct timeval

timeout有三種取值：

如果非得與「多路」這個詞關聯起來，那就是readfds+writefds+exceptfds的數量和就是路數。

另外，還有一組與fd_set 有關的操作

select的實現依賴於裝置的驅動函式poll，poll的功能是檢查裝置的哪條條流可用（乙個裝置一般有三條流，讀流，寫流，裝置發生異常的異常流），如果其中一條流可用，返回乙個mask（表示可用的流），如果不可用，把當前程序加入裝置的流等待佇列中，例如讀等待佇列、寫等待佇列，並返回資源不可用。

select正是利用了poll的這個功能，首先讓程式設計師告知自己關心哪些io流（用檔案描述符表示，也就是上文的readfds、writefds和exceptfds），並讓程式設計師告知自己這些流的範圍（也就是上文的nfds引數）以及程式的容忍度（timeout引數），然後select會把她們拷貝到核心，在核心中逐個呼叫流所對應的裝置的驅動poll函式，當範圍內的所有流也就是描述符都遍歷完之後，他會檢查是否至少有乙個流發生了，如果有，就修改那三個流集合，把她們清空，然後把發生的流加入到相應的集合中，並且select返回。如果沒有，就睡眠，讓出cpu，直到某個裝置的某條流可用，就去喚醒阻塞在流上的程序，這個時候，呼叫select的程序重新開始遍歷範圍內的所有描述符。

直接看這個步驟可能會好理解些

然後補充一副select在核心中的流程圖

select的核心實現是do_select，所以下面看一下do_select的原始碼，非完整原始碼，只保留了關鍵部分

int do_select(int n, fd_set_bits *fds, s64 *timeout)
for (j = 0; j < __nfdbits; ++j, ++i, bit <<= 1) 
if ((mask & pollout_set) && (out &bit)) 
if ((mask & pollex_set) && (ex &bit)) }}
if(res_in)
*rinp =res_in;
if(res_out)
*routp =res_out;
if(res_ex)
*rexp =res_ex;
}wait =null;
if (retval || !*timeout || signal_pending(current))//
如果retval!=0，也就是有readdfs、writedfs、execptdfs至少有乙個發生，跳出迴圈
break
; 
/*以下處理timeout引數
*/__timeout =schedule_timeout(__timeout);
if (*timeout >= 0
) *timeout +=__timeout;
}__set_current_state(task_running);
return
retval;
}

I O多路復用之select

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