Linux--多路转接之select
前言
多路转接（也称为多路复用）是一种用于管理多个I/O通道的技术，它能实现同时监听和处理多个I/O事件，而不是为每个I/O通道创建单独的线程或进程。其中，select是实现多路转接的一种常用方法。
select()
select函数是系统提供的一个多路转接接口，用于让我们的程序同时监视多个文件描述符（file descriptor，简称fd）的状态变化，如读就绪、写就绪或异常。其函数原型如下：
#include 参数说明
- nfds：是文件描述符集合中最大文件描述符值加1。这个参数实际上被忽略，因为现在的系统不再需要它来确定文件描述符的范围。
- readfds：指向文件描述符集合的指针，该集合中的文件描述符被检查以查看它们是否准备好被读取。
- writefds：指向文件描述符集合的指针，该集合中的文件描述符被检查以查看它们是否准备好被写入。
- exceptfds：指向文件描述符集合的指针，该集合中的文件描述符被检查以查看是否有异常条件发生（例如，带外数据到达）。
- timeout：是一个指向 timeval 结构的指针，该结构指定了函数等待的最大时间长度。如果 timeout 是 NULL，则 select() 会无限期地等待直到至少有一个文件描述符准备就绪。
返回值
- 成功时，select() 返回准备就绪的文件描述符的总数（不包括 exceptfds 中的文件描述符）。
- 如果在调用时没有任何文件描述符准备就绪，并且 timeout 非空且指定的时间已过，则返回 0。
- 如果出现错误，则返回 -1，并设置 errno 以指示错误原因。
timeval是一个用于表示时间的结构体:
#includestruct timeval { time_t tv_sec; // 秒 suseconds_t tv_usec; // 微秒 }; tv_sec：秒数，从 Unix 纪元（1970 年 1 月 1 日 00:00:00 UTC）开始计算的秒数(时间戳)。
tv_usec：微秒数，范围从 0 到 999999。
fd_set
fd_set 实际上是一个位图（Bitmask）或位向量（Bitvector），它的每一位代表一个文件描述符。通过设置或清除位的方式，可以将文件描述符添加到或从 fd_set 中移除。
typedef struct {
__fd_mask fds_bits[__FD_SETSIZE/__NFDBITS];
} fd_set;
其中，__fd_mask 通常是一个整数类型（如 long），__FD_SETSIZE 定义了 fd_set 中可以包含的最大文件描述符数量（通常是 1024），__NFDBITS 是 __fd_mask 中包含的位数。
与此同时，系统还提供一些接口来操作
fd_set:
FD_ZERO(fd_set *set)：将 fd_set 中的所有位清零，即将所有文件描述符从集合中移除。FD_SET(int fd, fd_set *set)：将指定的文件描述符 fd 添加到 fd_set 中。FD_CLR(int fd, fd_set *set)：将指定的文件描述符 fd 从 fd_set 中移除。FD_ISSET(int fd, fd_set *set)：检查指定的文件描述符 fd 是否在 fd_set 中。在调用 select() 后，使用此宏来检测哪些文件描述符已准备就绪。
select的执行过程
对于执行过程，大致分为四个步骤：
1.初始化：
- 创建一个或多个
fd_set结构，用于存储需要监视的文件描述符。- 使用
FD_ZERO宏清空这些fd_set结构。- 使用
FD_SET宏将需要监视的文件描述符添加到相应的fd_set结构中。- 对于添加到位图中的事件， 都会在位图表示成1
fd_set rfds; FD_ZERO(&rfds); FD_SET(_fd_array[i], &rfds);
2.调用select函数：
- 将最大的文件描述符值加1作为nfds参数。
- 将之前创建的fd_set结构作为
readfds、writefds和exceptfds参数（如果需要监视相应的事件）。- 设置
timeout参数以控制select的等待时间。- 调用select函数。
struct timeval timeout = {0, 0};//设置等待时间 int n=select(max_fd+1,&rfds,nullptr,nullptr,&timeout);
3.处理返回结果
- 此时经过select函数的执行后，已经影响了
fd_set中的之前添加进来的文件描述符，只要没有就绪的话，那么都会被清空为0- 如果select返回大于0的值，表示有文件描述符的事件已经就绪。
- 利用for循环对每个事件进行检查是否就绪，
- 使用
FD_ISSET宏检查哪些文件描述符的事件已经就绪。- 根据就绪的文件描述符执行相应的操作，如读取数据、写入数据或处理异常事件。
if(n>0) { for (int i = 0; i <1024; i++) { if (FD_ISSET(_fd_array[i], &rfds)) { //处理对应的就绪事件 } } }
4.重新设置并继续监视：
- 由于select函数会修改传入的
fd_set结构，因此在每次调用select之前都需要重新设置这些结构。- 根据需要更新
timeout参数。- 重复执行上述步骤以继续监视文件描述符的状态变化。
while(1) { //包含以上内容 }
注意事项：
- 每次调用select之前都需要重新设置fd_set结构和timeout参数。
- select函数只负责等待文件描述符的状态变化，并不负责数据的拷贝。数据的拷贝需要使用如read、write等函数来完成。
- select函数有一个限制，即它能够监视的文件描述符数量是有限的，通常取决于fd_set结构的大小（在32位系统上通常为1024个）。
利用select()建立一个Server服务器
InetAddr.hpp
包含网络地址的头文件：
#pragma once
#include Log.hpp
打印日志的头文件：
#pragma once
#includeLockGuard.hpp
互斥锁的头文件：
#ifndef __LOCK_GUARD_HPP__
#define __LOCK_GUARD_HPP__
#include Socket.hpp
包含一系列Socket套接字的接口函数，还有TcpSocket专门的接口：
#include SelectServer.hpp
#pragma once
#include 成员：
辅助数组：由上面select执行过程可以知道，当select执行后，会对fd_set的文件描述符产生影响，所以为了能够在循环中多次调用select函数，就需要一个数组来进行对文件描述符的保存；
初始化：
对于辅助数组来说，只要没有新的fd进来，那么文件描述符将保持为负；而对于Select来说，监听fd就是第一个事件；所以要在初始化就添加进来；
Loop:
这里操作流程就是跟上面的执行过程是一样的，只是增加了一些细节：
N是1024，指的是Select能存储的最大fd的数目；我们需要让select监听我们想要监听的事件，就需要通过循环来一个一个添加到rfds中；
select()返回值：
根据select()的返回值执行不同的代码；
这里所说的底层事件就绪，如果没有处理已就绪的事件，那么select就会一直监测到事件就绪，一直执行default语句的内容；
HandlerEvent():
在for循环里面通过FD_ISSET函数找出每个已经就绪的事件，然后再判断是不是监听事件的；
Main.cc
#include "SelectSever.hpp"
#include 通过telnet进行测试：
开启Server服务：
telnet进行访问
Server的监听socket收到就绪的事件，创建一个新的IO服务客户端：
客户端任意发送内容：
客户端服务端都能通过Select的底层就绪互相接收发送：
Select()的优缺点
优点
- 多路复用：select()函数能够同时监视多个文件描述符，实现I/O多路复用，从而提高了程序的并发处理能力和资源利用率。
- 简单易用：select()函数的接口相对简单，易于理解和使用，特别是对于初学者来说。
- 灵活性：select()函数允许程序根据文件描述符的读、写、异常等事件进行灵活的处理，满足不同的I/O需求。
缺点
- 文件描述符数量的限制：select()函数能够监视的文件描述符数量有限，通常在Linux上默认为1024个（尽管可以通过修改宏定义或重新编译内核来提升这一限制，但这样做可能会降低效率）。这对于需要监视大量文件描述符的应用程序来说是一个显著的限制。
- 性能瓶颈：当监视的文件描述符数量较多时，select()函数的性能可能会成为瓶颈。因为每次调用select()时，内核都需要扫描所有被监视的文件描述符，这会导致不必要的开销。
- 内核拷贝开销：在select()调用过程中，由于每次都要事先准本
fd_set结构内容，内核与用户空间之间需要进行内存拷贝操作，以传递文件描述符集合和结果。这会增加额外的开销，并可能影响性能。
因此，在选择是否使用select()函数时，需要根据具体的应用场景和需求进行权衡。对于需要监视大量文件描述符或追求高性能的应用程序来说，可能需要考虑使用更高级的I/O多路复用机制，如poll()或epoll()等。
