基础的网络编程模型中，套接字通常都是阻塞的，比如服务端listen阻塞等待客户端来连接，建立连接后，recv阻塞等待接收数据。而如果在等待接收数据的过程中，又有新的客户端连接，这时服务端无能为力，因为服务端还在阻塞等待接收上一个客户端的数据。有一种做法是将套接字设置为非阻塞的，调用即返回，不管套接字是否准备好（是否有数据可读/写），但这就需要不断轮询调用函数（因为服务端也不知道什么时候会来数据）如果客户端一直没有响应，服务端的轮询就会占用大量的CPU资源，效率低下。而另一种方法是采用IO复用：
这样的进程需要一种预先告知内核的能力，使得内核一旦发现进程指定的一个或多个I/O条件就绪 （也就是说输入已准备好被读取，或者描述符已能承接更多的输出），它就通知进程。这个能力称为I/O复用。
在Linux中IO复用有select、poll和epoll，epoll较前两种区别较大，下一篇总结。
它们都有这样的能力：同时监听多个文件描述符。
需要指出的是，I/O复用虽然能同时监听多个文件描述符，但它本身是阻塞的。并且当多个文件描述符同时就绪时，如果不采取额外的措施，程序就只能按顺序依次处理其中的每一个文件描述符，这使得服务器程序看起来像是串行工作的。如果要实现并发，只能使用多进程或多线程等编程手段。
select
先来看一下函数原型：
#include <sys/select.h> int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
从后往前：timeout参数用来指定超时时间，和其他函数中设置超时时间的含义一样，select本身是阻塞的，如果设置了超时时间，不管监听的文件描述符是否就绪都会返回。再往前三个fd_set *类型的参数，分别指向可读、可写和异常等事件对应的文件描述符集合，我们在调用select时，通过这三个参数分类传入需要被监听的文件描述符集合。nfds是所有被select监听的文件描述符中的最大值加1，注意不是描述符个数加1，而是描述符最大值加1。
更详细的，timeout是一个结构体，包含秒数和微秒数：
struct timeval { long tv_sec;//秒数 long tv_usec;//微秒数 };
有些系统会修改该值，把值修改成剩余的时间。比如，超时设置是5秒，在文件描述符可用之前逝去了3秒，那么在调用返回时，tv_sec的值就变为了2。有一些系统则不改变该值，因此，为了方便移植，我们在每次调用select时最好重新设置该值。更进一步，我们还可以用select的定时，来替代sleep()，只需要将前几个参数都设置为零和空，并设置超时时间：
struct timeval tv; tv.tv_sec = 0; tv.tv_usec = 500; select(0, NULL, NULL, NULL, &tv);
例：
#include <sys/select.h> #include <stdio.h> int main() { struct timeval tv; tv.tv_sec = 5; tv.tv_usec = 0; select(0, NULL, NULL, NULL, &tv); printf("%s", "hello world"); return 0; }
通过一系列宏来往select中添加感兴趣的文件描述符：
#include <sys/select.h> void FD_CLR(int fd, fd_set *set); //清除fdset的位fd int FD_ISSET(int fd, fd_set *set);//测试fdset的位fd是否被设置 void FD_SET(int fd, fd_set *set);//设置fdset的位fd void FD_ZERO(fd_set *set);//清除fdset的所有位
fdset是一个包含整形数组的结构体，该数组的每个元素的每一位(bit)标记一个文件描述符。数组是long int类型，占8字节，数组大小是16，一个字节是8位，因此，select所能支持的最大fd数量便是8 x 8 x 16 = 1024个。这也是select系统调用的缺点之一。
值得注意的是，select函数返回时，内核会修改readfds、writefds、exceptfds中的值（就绪的位被置为1，其余全置为0），便于FD_ISSET来测试哪些描述符就绪。但那些我们加入的还没有就绪的文件描述符也被清0了，所以，每次重新调用select函数时，都得再次把所有描述符集内所关心的位均置为1，这也是另一个select系统调用的缺点。
宏的使用：打开描述符1、4、5的对应位：
fd_set rset; FD_ZERO(&ret); FD_SET(1, &ret); FD_SET(4, &ret); FD_SET(5, &ret);
关于select的使用：（以下例子来自man手册，实际上最权威的文档便是你所使用系统的man手册）
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <sys/time.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.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); }
用select来监听标准输入文件描述符可读，设置超时时间为5秒。
select在网络编程中的使用：
#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <string.h> #include <vector> using namespace std; int main(void) { //初始化套接字 int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (listenfd < 0) { perror("socket"); return -1; } struct sockaddr_in address; bzero(&address, sizeof(address)); address.sin_family = AF_INET; address.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); address.sin_port = htons(8080); int ret = bind(listenfd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)); if (ret < 0) { perror("bind"); return -1; } ret = listen(listenfd, 5); if (ret < 0) { perror("listen"); return -1; } fd_set rfds; struct timeval tv; int maxfd; vector<int> clientfd; while (1) { FD_ZERO(&rfds); //将listenfd加入select中，每次都要加入 FD_SET(listenfd, &rfds); maxfd = listenfd; //遍历clientfd for (int i = 0; i < clientfd.size(); i++) { //监听每个client的可读事件 FD_SET(clientfd[i], &rfds); //更新值最大的文件描述符 if (maxfd < clientfd[i]) { maxfd = clientfd[i]; } } //设置超时时间 tv.tv_sec = 5; tv.tv_usec = 0; ret = select(maxfd + 1, &rfds, NULL, NULL, &tv); if (ret == 0) continue; else { if (FD_ISSET(listenfd, &rfds)) { struct sockaddr_in client_address; socklen_t client_addrlength = sizeof(client_address); int connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&client_address, &client_addrlength); if (connfd < 0) { perror("accept"); } printf("The connection is successful : %d\n", connfd); clientfd.push_back(connfd); } else { for (int i = 0; i < clientfd.size(); i++) { if (FD_ISSET(clientfd[i], &rfds)) { //如果有客户端的读事件 char buf[1024]; ret = recv(clientfd[i], buf, sizeof(buf) - 1, 0); if (ret <= 0) { perror("recv"); } printf("client: %d recv: %s\n", clientfd[i], buf); } } } } } for (int i = 0; i < clientfd.size(); i++) { close(clientfd[i]); } close(listenfd); return 0; }
poll
poll系统调用和select类似，也是在指定时间内轮询一定数量的文件描述符，以测试其中是否有就绪者。但它解决了一些select的不足。
select使用了基于文件描述符的三位掩码的解决方案，效率不高，poll可以使用由nfds个pollfd结构体构成的数组，fds指针指向该数组。并且poll能处理的事件类型也比select更加丰富。
函数原型：
#include <poll.h> int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout); struct pollfd { int fd; /* file descriptor */ short events; /* requested events */ short revents; /* returned events */ };
每个pollfd结构体指定一个被监视的文件描述符。可以给poll传递多个pollfd结构体，使它能够监视多个文件描述符。每个结构体的events变量是要监视的文件描述符的事件的位掩码。用户可以设置该变量。revents变量是该文件描述符的结果事件的位掩码。内核在返回时会设置revents变量。events变量中请求的所有事件都可能在revents变量中返回。
比如：要监视某个文件描述符是否可读写，需要把events设置成POLLIN | POLLOUT。返回时，会检查revents中是否有相应的标志位。如果设置了POLLIN，文件描述符可非阻塞读；如果设置了POLLOUT，文件描述符可非阻塞写。
举例：
#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <poll.h> #define TIMEOUT 5 int main(void) { struct pollfd fds[2]; int ret; //标准输入 fds[0].fd = STDIN_FILENO; fds[0].events = POLLIN; //标准输出 fds[1].fd = STDOUT_FILENO; fds[1].events = POLLOUT; ret = poll(fds, 2, TIMEOUT * 1000); if (ret == -1) { perror("poll"); return 1; } if (!ret) { printf("%d seconds elapse.\n", TIMEOUT); return 0; } if (fds[0].revents & POLLIN) printf("stdin is readable\n"); if (fds[1].revents & POLLOUT) printf("stdout is writable\n"); return 0; }
运行，输出
./a.out stdout is writable
当把一个文件重定向到标准输入后，输出
./a.out < test.c stdin is readable stdout is writable
同时，使用poll无需重新重置pollfd类型的事件集参数，因为内核每次修改的是pollfd结构体的revents成员，而events成员保持不变。
参考资料
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[2] 张远龙.C++服务器开发精髓[M].北京：电子工业出版社，2021.7
[3] 祝洪凯，李妹芳，付途译.Linux系统编程[M].北京：人民邮电出版社，2014.
[4] [美]理查德·史蒂文斯，[美]比尔·芬纳，[美]安德鲁·M. 鲁道夫 UNIX网络编程 卷1：套接字联网API 第3版[M].北京：人民邮件出版社，2019.10
