8.TCP-select多路复用

I/O 多路复用：允许同时对多个I/O进行控制

应用程序中同时处理多路输入输出流，若采用阻塞模式，将得不到预期的目的；
若采用非阻塞模式，对多个输入进行轮询，但又太浪费CPU时间；
若设置多个进程，分别处理一条数据通路，将新产生进程间的同步与通信问题，使程序变得更加复杂；
比较好的方法是使用I/O多路复用。其基本思想是：
先构造一张有关描述符的表，然后调用一个函数。当这些文件描述符中的一个或多个已准备好进行I/O时函数才返回。
函数返回时告诉进程那个描述符已就绪，可以进行I/O操作。

select函数

#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int select(int nfds,  fd_set *readfds,  fd_set *writefds,  fd_set *exceptfds,   struct timeval *timeout);
    功能：允许一个程序处理多个文件描述符，阻塞等待文件描述符准备就绪，
          如果有文件描述符准备就绪，函数立即返回，并执行相应的IO操作
    参数：
        nfds：最大的文件描述符加1
        readfds：读文件描述符集合
        writefds：写文件描述符集合
        exceptfds：其他或者异常的文件描述符集合
        timeout：超时模式, 设置NULL为默认模式：阻塞
    返回值：
        成功：准备就绪的文件描述符的个数
        失败：-1
        
    void FD_ZERO(fd_set *set);
    清空集合set
    
    void FD_SET(int fd, fd_set *set);
    将文件描述符fd添加到集合set中
    
    void FD_CLR(int fd, fd_set *set);
    将文件描述符fd从集合set中移除
    
    int  FD_ISSET(int fd, fd_set *set);
    判断文件描述符fd是否在集合set里面
注意：当select返回后，会移除除当前文件描述符以外其他所有的文件描述符，所以需要将文件描述符每次都添加

服务器端

#include <stdio.h> //printf
#include <arpa/inet.h> //inet_addr htons
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h> //scoket bind listen accept connect
#include <netinet/in.h> //sockaddr_in
#include <stdlib.h> //exit
#include <unistd.h> //close
#include <string.h> //strcat

#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>

#define N 128
#define errlog(errmsg) do{perror(errmsg);\
                          printf("%s-->%s-->%d\n", __FILE__, __func__, __LINE__);\
                          exit(1);\
                         }while(0)

int main(int argc, const char *argv[])
{
    int sockfd, acceptfd;
    struct sockaddr_in serveraddr, clientaddr;
    socklen_t addrlen = sizeof(serveraddr);
    char buf[N] = {};

    if(argc < 3)
    {
        printf("the argument is too less\n");
        exit(1);
    }

    //第一步：创建套接字
    if((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
    {
        errlog("fail to socket");
    }

    //第二步：填充服务器网络信息结构体
    serveraddr.sin_family = AF_INET;
    serveraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    serveraddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));

    //第三步：将套接字域网络信息结构体绑定
    if(bind(sockfd, (struct sockaddr *)&serveraddr, sizeof(serveraddr)) < 0)
    {
        errlog("fail to bind");
    }

    //第四步：将套接字设置为监听状态
    if(listen(sockfd, 5) < 0)
    {
        errlog("fail to listen");
    }

    //使用select函数实现IO多路复用
    fd_set readfds;
    int maxfd;
    int i = 0;
    int ret;

    //第一步：初始化集合
    FD_ZERO(&readfds);
    maxfd = sockfd;

    while(1)
    {
        //第二步：将需要的文件描述符添加到集合里面
        FD_SET(0, &readfds) ;
        FD_SET(sockfd, &readfds);

        sleep(3);

        //第三步：使用select函数阻塞等待文件描述符准备就绪
        if((ret = select(maxfd + 1, &readfds, NULL, NULL, NULL)) < 0)
        {
            errlog("fail to select");
        }
        printf("ret = %d\n", ret);

        //select函数成功返回1，意味着文件描述符已准备就绪，可执行相应的IO操作 
        //当select返回后，会移除除当前文件描述符以外其他所有的文件描述符

        //第四步：执行对应的IO操作
        for(i = 0; i < maxfd +1; i++)
        {
            if(FD_ISSET(i, &readfds))
            {
                if(i == 0)  //当标准输入0被请求，执行输入
                {
                    fgets(buf, N, stdin);
                    buf[strlen(buf) - 1] = '\0';

                    printf("buf >>> %s\n", buf);
                }
                else  //因为只有标准输入0和sockfd两个描述符
                {
                    if((acceptfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&clientaddr, &addrlen)) < 0)
                    {
                        errlog("fail to accept");
                    }

                    printf("%s --> %d\n", inet_ntoa(clientaddr.sin_addr), ntohs(clientaddr.sin_port));
                }
            }
        }
    }

    close(acceptfd);
    close(sockfd);
    
    return 0;
}

客户端

#include <stdio.h> //printf
#include <arpa/inet.h> //inet_addr htons
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h> //scoket bind listen accept connect
#include <netinet/in.h> //sockaddr_in
#include <stdlib.h> //exit
#include <unistd.h> //close
#include <string.h> 

#define N 128
#define errlog(errmsg) do{perror(errmsg);\
                          printf("%s-->%s-->%d\n", __FILE__, __func__, __LINE__);\
                          exit(1);\
                         }while(0)

int main(int argc, const char *argv[])
{
    int sockfd;
    struct sockaddr_in serveraddr;
    socklen_t addrlen = sizeof(serveraddr);
    char buf[N] = {};

    if(argc < 3)
    {
        printf("the argument is too less\n");
        exit(1);
    }

    //第一步：创建套接字
    if((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
    {
        errlog("fail to socket");
    }

    //第二步：填充服务器网络信息结构体
    serveraddr.sin_family = AF_INET;
    serveraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    serveraddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));

    //第三步：向服务器端 发送连接请求
    if(connect(sockfd, (struct sockaddr *)&serveraddr, addrlen) < 0)
    {
        errlog("fail to connect");
    }

    close(sockfd);
    return 0;
}