12.2 理解 select 函数并实现服务器端 P203

README.md

@@ -3151,7 +3151,143 @@ gcc echo_storeserv.c -o serv
 
 ### 12.1 基于 I/O 复用的服务器端
 
+#### 12.1.1 多进程服务端的缺点和解决方法
 
+为了构建并发服务器，只要有客户端连接请求就会创建新进程。这的确是实际操作中采用的一种方案，但并非十全十美，因为创建进程要付出很大的代价。这需要大量的运算和内存空间，由于每个进程都具有独立的内存空间，所以相互间的数据交换也要采用相对复杂的方法（IPC 属于相对复杂的通信方法）
+
+I/O 复用技术可以解决这个问题。
+
+#### 12.1.2 理解复用
+
+「复用」在电子及通信工程领域很常见，向这些领域的专家询问其概念，可能会得到如下答复：
+
+> 在 1 个通信频道中传递多个数据（信号）的技术
+
+「复用」的含义：
+
+> 为了提高物理设备的效率，只用最少的物理要素传递最多数据时使用的技术
+
+上述两种方法的内容完全一致。可以用纸电话模型做一个类比：
+
+![](https://s2.ax1x.com/2019/01/23/kA8H81.png)
+
+上图是一个纸杯电话系统，为了使得三人同时通话，说话时要同事对着两个纸杯，接听时也需要耳朵同时对准两个纸杯。为了完成 3 人通话，可以进行如下图的改进：
+
+![](https://s2.ax1x.com/2019/01/23/kA8bgx.png)
+
+如图做出改进，就是引入了复用技术。
+
+复用技术的优点：
+
+- 减少连线长度
+- 减少纸杯个数
+
+即使减少了连线和纸杯的量仍然可以进行三人同时说话，但是如果碰到以下情况：
+
+> 「好像不能同时说话？」
+
+实际上，因为是在进行对话，所以很少发生同时说话的情况。也就是说，上述系统采用的是**「时分复用」**技术。因为说话人声频率不同，即使在同时说话也能进行一定程度上的区分（杂音也随之增多）。因此，也可以说是「频分复用技术」。
+
+#### 12.1.3 复用技术在服务器端的应用
+
+纸杯电话系统引入复用技术之后可以减少纸杯数量和连线长度。服务器端引入复用技术可以减少所需进程数。下图是多进程服务端的模型：
+
+![](https://s2.ax1x.com/2019/01/23/kAGBM6.png)
+
+下图是引入复用技术之后的模型：
+
+![](https://s2.ax1x.com/2019/01/23/kAGrqO.png)
+
+从图上可以看出，引入复用技术之后，可以减少进程数。重要的是，无论连接多少客户端，提供服务的进程只有一个。
+
+### 12.2 理解 select 函数并实现服务端
+
+select 函数是最具代表性的实现复用服务器的方法。在 Windows 平台下也有同名函数，所以具有很好的移植性。
+
+#### 12.2.1 select 函数的功能和调用顺序
+
+使用 select 函数时可以将多个文件描述符集中到一起统一监视，项目如下：
+
+- 是否存在套接字接收数据？
+- 无需阻塞传输数据的套接字有哪些？
+- 哪些套接字发生了异常？
+
+> 术语：「事件」。当发生监视项对应情况时，称「发生了事件」。
+
+select 函数的使用方法与一般函数的区别并不大，更准确的说，他很难使用。但是为了实现 I/O 复用服务器端，我们应该掌握 select 函数，并运用于套接字编程当中。认为「select 函数是 I/O 复用的全部内容」也并不为过。select 函数的调用过程如下图所示：
+
+![](https://s2.ax1x.com/2019/01/23/kAtdRs.png)
+
+#### 12.2.2 设置文件描述符
+
+利用 select 函数可以同时监视多个文件描述符。当然，监视文件描述符可以视为监视套接字。此时首先需要将要监视的文件描述符集中在一起。集中时也要按照监视项（接收、传输、异常）进行区分，即按照上述 3 种监视项分成 3 类。
+
+利用 fd_set 数组变量执行此操作，如图所示，该数组是存有0和1的位数组。
+
+![](https://s2.ax1x.com/2019/01/23/kAt2i4.png)
+
+图中最左端的位表示文件描述符 0（所在位置）。如果该位设置为 1，则表示该文件描述符是监视对象。那么图中哪些文件描述符是监视对象呢？很明显，是描述符 1 和 3。在 fd_set 变量中注册或更改值的操作都由下列宏完成。
+
+- `FD_ZERO(fd_set *fdset)`：将 fd_set 变量所指的位全部初始化成0
+- `FD_SET(int fd,fd_set *fdset)`：在参数 fdset 指向的变量中注册文件描述符 fd 的信息
+- `FD_SLR(int fd,fd_set *fdset)`：从参数 fdset 指向的变量中清除文件描述符 fd 的信息
+- `FD_ISSET(int fd,fd_set *fdset)`：若参数 fdset 指向的变量中包含文件描述符 fd 的信息，则返回「真」
+
+上述函数中，FD_ISSET 用于验证 select 函数的调用结果，通过下图解释这些函数的功能：
+
+![](https://s2.ax1x.com/2019/01/23/kANR78.png)
+
+#### 12.2.3 设置检查（监视）范围及超时
+
+下面是 select 函数的定义：
+
+```c
+#include <sys/select.h>
+#include <sys/time.h>
+
+int select(int maxfd, fd_set *readset, fd_set *writeset,
+           fd_set *exceptset, const struct timeval *timeout);
+/*
+成功时返回大于 0 的值，失败时返回 -1
+maxfd: 监视对象文件描述符数量
+readset: 将所有关注「是否存在待读取数据」的文件描述符注册到 fd_set 型变量，并传递其地址值。
+writeset: 将所有关注「是否可传输无阻塞数据」的文件描述符注册到 fd_set 型变量，并传递其地址值。
+exceptset: 将所有关注「是否发生异常」的文件描述符注册到 fd_set 型变量，并传递其地址值。
+timeout: 调用 select 函数后，为防止陷入无限阻塞的状态，传递超时(time-out)信息
+返回值: 发生错误时返回 -1,超时时返回0,。因发生关注的时间返回时，返回大于0的值，该值是发生事件的文件描述符数。
+*/
+```
+
+如上所述，select 函数用来验证 3 种监视的变化情况，根据监视项声明 3 个 fd_set 型变量，分别向其注册文件描述符信息，并把变量的地址值传递到上述函数的第二到第四个参数。但在此之前（调用 select 函数之前）需要决定下面两件事：
+
+1. 文件描述符的监视（检查）范围是？
+2. 如何设定 select 函数的超时时间？
+
+第一，文件描述符的监视范围和 select 的第一个参数有关。实际上，select 函数要求通过第一个参数传递监视对象文件描述符的数量。因此，需要得到注册在 fd_set 变量中的文件描述符数。但每次信件文件描述符时，其值就会增加 1 ，故只需将最大的文件描述符值加 1 再传递给 select 函数即可。加 1 是因为文件描述符的值是从 0 开始的。
+
+第二，select 函数的超时时间与 select 函数的最后一个参数有关，其中 timeval 结构体定义如下：
+
+```c
+struct timeval
+{
+    long tv_sec;
+    long tv_usec;
+};
+```
+
+本来 select 函数只有在监视文件描述符发生变化时才返回。如果未发生变化，就会进入阻塞状态。指定超时时间就是为了防止这种情况的发生。通过上述结构体变量，将秒数填入 tv_sec 的成员，将微妙数填入 tv_usec 的成员，然后将结构体的地址值传递到 select 函数的最后一个参数。此时，即使文件描述符未发生变化，只要过了指定时间，也可以从函数中返回。不过这种情况下， select 函数返回 0 。因此，可以通过返回值了解原因。如果不向设置超时，则传递 NULL 参数。
+
+#### 12.2.4 调用 select 函数查看结果
+
+select 返回正整数时，怎样获知哪些文件描述符发生了变化？向 select 函数的第二到第四个参数传递的 fd_set 变量中将产生如图所示的变化：
+
+![](https://s2.ax1x.com/2019/01/23/kA06dx.png)
+
+由图可知，select 函数调用完成候，向其传递的 fd_set 变量将发生变化。原来为 1 的所有位将变成 0，但是发生了变化的文件描述符除外。因此，可以认为值仍为 1 的位置上的文件描述符发生了变化。
+
+#### 12.2.5 select 函数调用示例
+
+下面是一个 select 函数的例子：
 
 
 

ch12/README.md

@@ -0,0 +1 @@
+12.

ch12/select.c

@@ -0,0 +1,48 @@
+#include <stdio.h>
+#include <unistd.h>
+#include <sys/time.h>
+#include <sys/select.h>
+#define BUF_SIZE 30
+
+int main(int argc, char *argv[])
+{
+    fd_set reads, temps;
+    int result, str_len;
+    char buf[BUF_SIZE];
+    struct timeval timeout;
+
+    FD_ZERO(&reads);   //初始化变量
+    FD_SET(0, &reads); //将文件描述符0对应的位设置为1
+
+    /*
+    timeout.tv_sec=5;
+    timeout.tv_usec=5000;
+    */
+
+    while (1)
+    {
+        temps = reads; //为了防止调用了select 函数后，位的内容改变，先提前存一下
+        timeout.tv_sec = 5;
+        timeout.tv_usec = 0;
+        result = select(1, &temps, 0, 0, &timeout); //如果控制台输入数据，则返回大于0的数，没有就会超时
+        if (result == -1)
+        {
+            puts("select error!");
+            break;
+        }
+        else if (result == 0)
+        {
+            puts("Time-out!");
+        }
+        else
+        {
+            if (FD_ISSET(0, &temps)) //验证发生变化的值是否是标准输入端
+            {
+                str_len = read(0, buf, BUF_SIZE);
+                buf[str_len] = 0;
+                printf("message from console: %s", buf);
+            }
+        }
+    }
+    return 0;
+}