前言：

select机制已经被很多人都讲解过，select使用起来也不是特别难，为什么还要花时间再次讲解select机制？

在回答这个问题之前，我们先问一下自己，是否有足够的信心保证在使用select编程时不出错，select机制虽然看起来简单，实际在使用时有很多坑，当我们没有从原理上真正理解select机制时，我们随时会掉入这些坑，所以这篇文章我尽量把select实现原理和细节交待清楚。

1.select简介

select机制是一种I/O多路复用技术，它可以同时监视多个文件描述符，当某个文件描述符就绪（一般是读写就绪）时，就会通知程序进行相应的操作。

select机制的优点是可以同时处理多个连接，避免了大量的线程或进程切换，提高了系统的并发性能。

在Linux系统中，select机制可以通过select函数来实现。select函数的参数包括需要监视的文件描述符集合、超时时间等。当select函数返回时，程序可以通过遍历文件描述符集合来确定哪些文件描述符已经就绪，然后进行相应的操作。

2.select实现原理

（老规矩先上原理图）

这张原理图把select主要活动轨迹都进行了描述。

• select核心实现原理是位图，select总共有三种位图，分别为读，写，异常位图，用户程序预先将socket文件描述符注册至读，写，异常位图，然后通过select系统调用轮询位图中的socket的读，写，异常事件。

• select底层通过轮询方式获取读，写，异常位图中注册的socket文件事件，如果检测到有socket文件处于就绪状态，则会将socket对应的事件设置到输出位图，等所有位图中的socket都被轮询完，会统一将输出位图通过copy_to_user函数复制到输入位图，并且覆盖掉输入位图注册信息（也就是用户初始化的位图被内核修改）。

• select轮询完所有位图，如果未检测到任何socket文件处于就绪状态，根据超时时间确定是否返回或者阻塞进程。

• socket检测到读，写，异常事件后，会通过注册到socket等待队列的回调函数poll_wake将进程唤醒，唤醒的进程将再次轮询所有位图。

• select返回时会将剩余的超时时间通过copy_to_user覆盖原来的超时时间。

3.select位图

3.1 select位图定义

#define __FD_SETSIZE        1024

#define __NFDBITS   (8 * (int) sizeof (long int))

typedef struct

{

    long int fds_bits[__FD_SETSIZE / __NFDBITS];

} fd_set;

• select位图为1024比特位图，通过整型数组模拟而成。

• select位图每个比特对应一个文件描述符数值。

• select位图数组长度为16，每个数组元素为8字节，一个字节为8比特，位图大小=16 * 8 * 8 = 1024比特。

3.2 常用位图操作函数：

void FD_CLR(int fd, fd_set *set); //设置fd对应位图位置为0。

int FD_ISSET(int fd, fd_set *set); //判断fd对应位图位置是否为1。

void FD_SET(int fd, fd_set *set); //设置fd对应位图位置为1。

void FD_ZERO(fd_set *set);//整个位图清零。

4.select编程

4.1 select函数原型

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,          

          fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

功能：select函数是Linux系统中的一种I/O多路复用机制，它可以同时监视多个文件描述符。

参数：

nfds：最大文件描述符+1。

readfds：读文件描述符集合，可设置为NULL。

writefds：写文件描述符集合，可设置为NULL。

exceptfds：异常文件描述符集合，可设置为NULL。

timeout：超时时间，设置为NULL为阻塞模式，

struct timeval {

    __kernel_time_t     tv_sec;     //秒，超时多少秒。

    __kernel_suseconds_t    tv_usec;    //微妙，超时多少微秒。

};

返回值：

成功：返回检测到的文件描述符数量。

失败：返回-1，设置errno。

超时：返回0。

4.2 select使用示例：

fd_set rfds;

FD_ZERO(&rfds_storage); //清空位图

FD_SET(sock_fd, &rfds_storage); //设置位图

struct  timeval tv = {.tv_sec = 5, .tv_usec = 0}; //设置超时时间

ret = select(max_fd + 1, &rfds, NULL, NULL, &tv);

4.3 select编程模型

5.select常见问题？

问题1：select函数最大文件描述(maxfd)有什么作用？

select使用1024比特位图监测最多1024个文件描述符，然而实际的情况很少会到达1024文件描述符上限，使用maxfd可以避免每次都轮询1024个文件描述符，从而提高轮询效率。

maxfd通常设置为已打开最大文件描述符+1，目的是为了保证位图中每个文件描述符都被轮询到。

问题2：select优缺点有哪些？

优点：

• select支持多种文件描述符类型，包括socket、标准输入输出、管道、FIFO等。

• select是跨平台的，可以在多种操作系统上使用。

缺点：

• select的效率不高，每次调用select都需要将所有的文件描述符从用户态复制到内核态，这个过程比较耗时。

• select返回后需要遍历所有的文件描述符，找到就绪的文件描述符，这个过程也比较耗时。

• select支持的文件描述符数量有限，通常是1024个。 

问题3：select为什么会有1024文件描述符限制？

• 进程默认打开最大文件描述符为1024（次要原因）。

• select采用轮询的方式获取读，写，异常事件，如果需要轮询的文件描述符比较多的话，select执行效率会非常低（个人观点）。

• select是通过一个整型数组来模拟位图，整型数组长度和元素大小已经固定，只能模拟出1024比特位图，使用select如果超过1024文件描述符的限制，可能会导致内存越界和其他未知问题（真正原因）。

问题4：select有哪些设计缺陷？

• select最大文件描述符为1024，所以无法满足高并发应用场景，高并发场景请使用epoll机制。

• select采用轮询的方式获取读，写，异常事件，轮询的方式效率低，不管文件事件是否就绪，都需要去做检测。

• select位图设置和获取采用覆盖方式，用户输入的读，写，异常位图会被内核修改，编程非常容易出错，可参考select实现原理图分析，所以每次调用select之前都要重新设置位图。

• select执行完后会返回剩余超时时间，剩余超时时间会覆盖原来的超时时间，导致超时机制异常。可参考select实现原理图分析，所以每次调用select之前都要重新设置超时时间。