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前言
接触这几个概念是在整理BIO和NIO的时候，开始只知道epoll和select都是I/O多路复用的技术，都可以实现同时监听多个I/O事件的状态。只知道select是轮询模式效率较低，epoll是事件监听模式效率更高，底层基于linux，其实也是云里雾里，特此出此系列文章作为自己进一步学习和整理。（笔者技术栈有限，linux底层不会涉及太深只是对概念/机制基本的了解。）
确定学习目标
- select的本质是啥
select
名称
select, pselect, FD_CLR, FD_ISSET, FD_SET, FD_ZERO - synchronous
I/O multiplexing
概要
#include <sys/select.h>
int select(int nfds , fd_set *restrict readfds ,
fd_set *restrict writefds , fd_set *restrict exceptfds ,
struct timeval *restrict timeout );
void FD_CLR(int fd , fd_set * set );
int FD_ISSET(int fd , fd_set * set );
void FD_SET(int fd , fd_set * set );
void FD_ZERO(fd_set * set );
int pselect(int nfds , fd_set *restrict readfds ,
fd_set *restrict writefds , fd_set *restrict exceptfds ,
const struct timespec *restrict timeout ,
const sigset_t *restrict sigmask );
Feature Test Macro Requirements for glibc (see
feature_test_macros(7)):
pselect():
_POSIX_C_SOURCE >= 200112L
描述
警告：select()只能监控文件描述符编号小于FD_SETSIZE(1024)-一个不合理的下限对于许多现代应用-并且这种限制不会改变。所有现代应用程序都应该使用poll(2)或epoll(7)，不受此限制。
select()允许程序监控多个文件描述符，等待一个或者多个文件描述符“就绪“用于某种类型的I/O操作（例如，可能的输入）。如果可以在没有阻塞的情况下执行相应的I/O操作（例如read(2)或足够小的write(2)），则认为文件描述符已准备就绪。
File descriptor sets
select()的主要参数是三个文件描述符"set"（以fd_set类型声明），它允许调用者在指定单位文件描述符set上等到三类事件。如果没有文件描述符要监听相应的事件类型，可以将fd_set参数传NULL。
注意： 在返回时，每个文件描述符集都被修改以指示哪些文件描述符当前“就绪”。 因此，如果在循环中使用 select()，则必须在每次调用之前重新初始化集合。
文件描述符集的内容可以使用以下宏进行操作：
FD_ZERO()：此宏用于清除（从中删除所有文件描述符）set。它应该被调用作为初始化文件描述符set的第一步。
FD_SET()：此宏将文件描述符fd添加到set中。添加一个已经存在于set中的集合时无操作的，不会产生错误。
FD_CLR()：此宏将文件从set中删除描述符fd。删除一个不存在于set中的集合时无操作的，不会产生错误。
FD_ISSET()：select()根据以下描述的规则对sets的内容进行修改。在调用select()之后，可以使用 FD_ISSET() 宏来测试文件描述符是否仍然存在于集合中。 如果文件描述符 fd 存在于集合中，则 FD_ISSET() 返回非零值，否则返回零。
参数
select()的参数如下：
readfds：此set中的文件描述符是被检测是否已经读取就绪。一个文件描述符如果读操作不会阻塞，则表示已经读取就绪；特别是，文件描述符在文件末尾也就绪好。
select()返回后，readfds将清除所有文件描述符，读取就绪的文件描述符除外。
writefds：此set中的文件描述符是被检测是否已经写就绪。一个文件描述符如果写操作不会阻塞，则表示已经写就绪；但是，即使文件描述符指示为可写，大写仍可能会阻塞。
select()返回后，writefds将清除所有文件描述符，写就绪的文件描述符除外。
exceptfds：此set中的文件描述符是被检测“异常情况”。 有关一些异常情况的示例，请参阅 poll(2) 中对 POLLPRI 的讨论。
select() 返回后，exceptfds 将清除所有文件描述符，但发生异常情况的文件描述符除外。
nfds：此参数应设置为三个set中任何一个中编号最高的文件描述符，加 1。表明每一个set中的文件描述符是被检测，直至此限制（但请参阅 BUGS）。
timeout：timeout 参数是一个 timeval 结构（如下所示），它指定 select() 应该阻塞等待文件描述符准备好的时间间隔。 调用将阻塞，直到：
- 文件描述符准备就绪；
- 调用被信号处理程序中断；
- 超时到期。
请注意，超时间隔将四舍五入到系统时钟粒度，内核调度延迟意味着阻塞间隔可能会超出少量。
如果 timeval 结构的两个字段都为零，则 select() 立即返回。 （这对于轮询很有用。）
如果 timeout 被指定为 NULL，select() 会无限期地阻塞等待文件描述符准备好。
pselect()
pselect() 系统调用允许应用程序安全地等待，直到文件描述符准备好或直到捕获到信号。
select() 和 pselect() 的操作是相同的，除了这三个不同之处：
-
select() 使用的超时是 struct timeval（秒和微秒），而 pselect() 使用 struct timespec（秒和纳秒）。
-
select() 可能会更新 timeout 参数以指示还剩多少时间。 pselect() 不会更改此参数。
-
select() 没有 sigmask 参数，其行为与使用 NULL sigmask 调用的 pselect() 一样。
sigmask 是指向信号掩码的指针（参见 sigprocmask(2)）； 如果不为 NULL，则 pselect() 首先将当前信号掩码替换为 sigmask 指向的掩码，然后执行“select”功能，然后恢复原始信号掩码。 （如果 sigmask 为 NULL，则在 pselect() 调用期间不会修改信号掩码。）
除了 timeout 参数的精度不同之外，以下 pselect() 调用：
ready = pselect(nfds, &readfds, &writefds, &exceptfds,
timeout, &sigmask);
相当于以原子方式执行以下调用：
sigset_t origmask;
pthread_sigmask(SIG_SETMASK, &sigmask, &origmask);
ready = select(nfds, &readfds, &writefds, &exceptfds, timeout);
pthread_sigmask(SIG_SETMASK, &origmask, NULL);
需要 pselect() 的原因是，如果想要等待信号或文件描述符准备好，则需要进行原子测试以防止竞争条件。（假设信号处理程序设置了一个全局标志并返回 . 然后，如果信号在测试之后但在调用之前到达，则对该全局标志的测试随后调用 select() 可能会无限期挂起。相比之下，pselect() 允许一个人首先阻塞信号，处理那些已经进入，然后使用所需的 sigmask 调用 pselect()，避免竞争。）
The timeout
select() 的 timeout 参数是以下类型的结构：
struct timeval {
time_t tv_sec; /* seconds */
suseconds_t tv_usec; /* microseconds */
};
pselect() 的相应参数具有以下类型：
The corresponding argument for pselect() has the following type:
struct timespec {
time_t tv_sec; /* seconds */
long tv_nsec; /* nanoseconds */
};
在 Linux 上， select() 修改超时以反映未睡觉的时间量； 大多数其他实现不这样做。 （POSIX.1 允许任何一种行为。）这在Linux 代码读取timeout传输到其他操作系统时以及将代码移植到在循环中为多个 select() 重用 struct timeval 而不重新初始化它的 Linux 时都会导致问题。 考虑在 select() 返回后未定义超时。
返回值
成功时，select()和pselect()返回三个返回的文件描述符set包含的文件描述符的数量（即readfsd、writefds、exceptfds总数）。如果在任何文件描述符准备好之前超时过期，则返回值可能为零。
出错时返回-1，并设置errno 以指示错误；文件描述符集未修改，超时变为未定义。
错误
EBADF：在其中一组中给出了无效的文件描述符。（可能是已经关闭的文件描述符，或者发生了错误的文件描述符。）但是，请参阅 BUGS。
EINTR：一个信号被捕获；见信号（7）。
EINVAL：nfds为负数或超过RLIMIT_NOFILE资源限制（参见getrlimit(2)）。
EINVAL：timeout 中包含的值无效。
ENOMEM：无法为内部表分配内存。
版本
pselect () 在内核 2.6.16 中被添加到 Linux 中。在此之前， pselect () 是在 glibc 中模拟的（但请参阅 BUGS）
示例
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/select.h>
int
main(void)
{
fd_set rfds;
struct timeval tv;
int retval;
/* Watch stdin (fd 0) to see when it has input. */
FD_ZERO(&rfds);
FD_SET(0, &rfds);
/* Wait up to five seconds. */
tv.tv_sec = 5;
tv.tv_usec = 0;
retval = select(1, &rfds, NULL, NULL, &tv);
/* Don't rely on the value of tv now! */
if (retval == -1)
perror("select()");
else if (retval)
printf("Data is available now.\n");
/* FD_ISSET(0, &rfds) will be true. */
else
printf("No data within five seconds.\n");
exit(EXIT_SUCCESS);
}
小结
- select()只能监控FD编号小于FD_SETSIZE（32个整数大小，应该是用bitmap表示fd的编号，32位机就是3232=1024，64位机就是6432=2048，大小可以修改/proc/sys/fs/file-max重新编译内核），许多现代应用使用poll(2)或epoll(7)，不受此限制。
- select()可以监控多个I/O事件的状态。
- select()会阻塞调用直到：FD准备就绪、调用被信号处理程序中断、超时到期。
- select()返回三个FD set就绪总数，没有就绪直接超时返回0，出错时返回-1。
- pselect()相当于select()的升级：对超时单位进行了修改、不会更新timeout、增加sigmask参数避免死锁。
select本质
select使用轮询超时模式，无差别的轮询所有流，找出准备就绪的流进行操作。返回就绪好的流总数却不知道是那个流。效率很低。同步IO多路复用体现在select可以监控多个I/O事件的状态。
