Linux I/O多路复用实战指南

Select系统调用详解

select系统调用是较早的I/O多路复用方法，它使用三个文件描述符集合（可读、可写、异常）来监控。函数原型如下：

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

参数说明：nfds是最大文件描述符值加1；readfds、writefds、exceptfds是监控的集合；timeout指定超时时间。使用前需用FD_ZERO、FD_SET等宏初始化集合。select的缺点是文件描述符数量有限（通常1024），且每次调用需重新设置集合。

Poll系统调用详解

poll系统调用改进了select的限制，它使用一个pollfd结构数组来监控文件描述符。函数原型如下：

    int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);  

其中，pollfd结构包含文件描述符、事件掩码和返回事件。poll支持更多文件描述符，且无需每次重置。但它在大量连接时性能可能下降。

实战编程示例：简单回声服务器

以下是一个使用select系统调用的简单TCP服务器示例，实现回声功能（将客户端数据原样返回）。代码用C语言编写，适合初学者理解。

    #include #include #include #include #include #include #include #define PORT 8080#define MAX_CLIENTS 10int main() {    int server_fd, new_socket, client_socket[MAX_CLIENTS], max_fd, activity;    fd_set readfds;    struct sockaddr_in address;    char buffer[1024];    // 初始化客户端套接字数组    for (int i = 0; i < MAX_CLIENTS; i++) client_socket[i] = 0;    // 创建服务器套接字    server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);    address.sin_family = AF_INET;    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;    address.sin_port = htons(PORT);    bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address));    listen(server_fd, 3);    while(1) {        FD_ZERO(&readfds);        FD_SET(server_fd, &readfds);        max_fd = server_fd;        // 添加客户端套接字到集合        for (int i = 0; i < MAX_CLIENTS; i++) {            if (client_socket[i] > 0) FD_SET(client_socket[i], &readfds);            if (client_socket[i] > max_fd) max_fd = client_socket[i];        }        // 调用select监控        activity = select(max_fd + 1, &readfds, NULL, NULL, NULL);        if (FD_ISSET(server_fd, &readfds)) {            // 接受新连接            new_socket = accept(server_fd, NULL, NULL);            for (int i = 0; i < MAX_CLIENTS; i++) {                if (client_socket[i] == 0) {                    client_socket[i] = new_socket;                    break;                }            }        }        // 处理客户端数据        for (int i = 0; i < MAX_CLIENTS; i++) {            if (FD_ISSET(client_socket[i], &readfds)) {                int valread = read(client_socket[i], buffer, 1024);                if (valread == 0) {                    close(client_socket[i]);                    client_socket[i] = 0;                } else {                    write(client_socket[i], buffer, valread);                }            }        }    }    return 0;}  

这个示例展示了Linux I/O多路复用的核心：通过select系统调用监控多个套接字，实现并发处理。类似地，poll系统调用也可用于此场景，只需调整数据结构。

Select与Poll的比较

1. 文件描述符数量：select有限制（通常1024），poll无硬性限制。2. 性能：在少量连接时，两者相当；大量连接时，poll可能更高效。3. 使用便利性：select需每次重置集合，poll使用结构数组更灵活。4. 移植性：select更广泛支持，但poll在现代Linux中也很常见。

选择哪种技术取决于应用场景。对于新手，建议从select系统调用开始，再学习poll系统调用，以深入理解网络编程。

总结

本教程详细介绍了Linux I/O多路复用的两种实现：select和poll。通过实战代码，你可以掌握如何用它们构建高效服务器。记住，I/O多路复用是网络编程的基石，熟练掌握后，可进一步学习epoll等高级技术。希望这篇指南能帮助你入门，并应用于实际项目中。