Linux下select异步通讯实现指南

基本概念

select是Linux系统中一种I/O多路复用机制，允许程序同时监控多个文件描述符（如套接字、管道等）的状态变化，实现异步通讯。

select系统调用

#include <sys/select.h>

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,
           fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

参数说明： - nfds: 监控的文件描述符最大值+1 - readfds: 监控可读的文件描述符集合 - writefds: 监控可写的文件描述符集合 - exceptfds: 监控异常的文件描述符集合 - timeout: 超时时间，NULL表示无限等待

实现步骤

1. 初始化文件描述符集合

fd_set read_fds;
FD_ZERO(&read_fds);  // 清空集合
FD_SET(sockfd, &read_fds);  // 添加套接字到集合

2. 设置超时时间（可选）

struct timeval tv;
tv.tv_sec = 5;  // 5秒
tv.tv_usec = 0;

3. 调用select

int ret = select(sockfd + 1, &read_fds, NULL, NULL, &tv);
if (ret == -1) {
    // 错误处理
} else if (ret == 0) {
    // 超时处理
} else {
    // 有事件发生
}

4. 检查就绪的文件描述符

if (FD_ISSET(sockfd, &read_fds)) {
    // sockfd可读
    char buffer[1024];
    int len = recv(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0);
    // 处理接收到的数据
}

完整示例代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/select.h>
#include <netinet/in.h>

#define PORT 8080
#define MAX_CLIENTS 10

int main() {
    int server_fd, new_socket, client_sockets[MAX_CLIENTS];
    struct sockaddr_in address;
    int opt = 1;
    int addrlen = sizeof(address);
    char buffer[1024] = {0};

    // 初始化客户端套接字数组
    for (int i = 0; i < MAX_CLIENTS; i++) {
        client_sockets[i] = 0;
    }

    // 创建服务器套接字
    if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {
        perror("socket failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 设置套接字选项
    if (setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR | SO_REUSEPORT, &opt, sizeof(opt))) {
        perror("setsockopt");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    address.sin_port = htons(PORT);

    // 绑定套接字
    if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)) < 0) {
        perror("bind failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 监听
    if (listen(server_fd, 3) < 0) {
        perror("listen");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("Server listening on port %d...\n", PORT);

    while (1) {
        fd_set readfds;
        FD_ZERO(&readfds);

        // 添加服务器套接字到监控集合
        FD_SET(server_fd, &readfds);
        int max_sd = server_fd;

        // 添加客户端套接字到监控集合
        for (int i = 0; i < MAX_CLIENTS; i++) {
            int sd = client_sockets[i];
            if (sd > 0) {
                FD_SET(sd, &readfds);
            }
            if (sd > max_sd) {
                max_sd = sd;
            }
        }

        // 调用select
        int activity = select(max_sd + 1, &readfds, NULL, NULL, NULL);

        if ((activity < 0) && (errno != EINTR)) {
            printf("select error");
        }

        // 检查服务器套接字是否有新连接
        if (FD_ISSET(server_fd, &readfds)) {
            if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address, (socklen_t*)&addrlen)) < 0) {
                perror("accept");
                exit(EXIT_FAILURE);
            }

            printf("New connection, socket fd is %d\n", new_socket);

            // 添加新套接字到客户端数组
            for (int i = 0; i < MAX_CLIENTS; i++) {
                if (client_sockets[i] == 0) {
                    client_sockets[i] = new_socket;
                    break;
                }
            }
        }

        // 检查客户端套接字是否有数据可读
        for (int i = 0; i < MAX_CLIENTS; i++) {
            int sd = client_sockets[i];
            if (FD_ISSET(sd, &readfds)) {
                int valread = read(sd, buffer, 1024);
                if (valread == 0) {
                    // 客户端断开连接
                    getpeername(sd, (struct sockaddr*)&address, (socklen_t*)&addrlen);
                    printf("Host disconnected, ip %s, port %d\n", 
                           inet_ntoa(address.sin_addr), ntohs(address.sin_port));
                    close(sd);
                    client_sockets[i] = 0;
                } else {
                    // 处理客户端数据
                    buffer[valread] = '\0';
                    printf("Received: %s\n", buffer);
                    send(sd, buffer, strlen(buffer), 0);
                }
            }
        }
    }

    return 0;
}

注意事项

1. 文件描述符限制：select默认支持的文件描述符数量有限（通常是1024），对于高并发场景可能需要考虑epoll或kqueue。

2. 性能问题：每次调用select都需要重新设置文件描述符集合，对于大量文件描述符效率较低。

3. 超时处理：合理设置超时时间可以防止程序长时间阻塞。

4. 可移植性：select在大多数Unix-like系统上都可用，具有良好的可移植性。

5. 信号中断：select可能被信号中断，需要处理EINTR错误。

替代方案

对于高性能服务器，可以考虑： - epoll (Linux特有) - kqueue (BSD系统) - poll (与select类似但更高效) - libevent或libuv等跨平台异步I/O库

select适用于中小规模的并发连接，对于大规模高并发场景，建议使用epoll等更高效的机制。