Аргументы

readfds

Этот набор служит для слежения за появлением данных, доступных для чтения из любого файлового дескриптора. После возврата из select() в readfds остаются только те дескрипторы файлов, из которых возможно немедленное чтение.

writefds

Этот набор служит для слежения за появлением места для записи данных в любой из файловых дескрипторов набора. После возврата из select() в writefds остаются только те файловые дескрипторы, в которые возможна немедленная запись.

exceptfds

Этот набор служит для слежения за «исключительными ситуациями». На самом деле, отслеживается только одна распространённая исключительная ситуация: доступность внепоточных (out-of-band — OOB) данных для чтения из сокета TCP. Более подробно о данных OOB смотрите в recv(2), send(2) и tcp(7). Другая менее распространённая ситуация: select(2) указывает на исключительную ситуацию с псевдотерминалом в пакетном режиме; смотрите ioctl_tty(2). После возврата из select() в exceptfds остаются только те файловые дескрипторы, в которых произошла исключительная ситуация.

nfds

Представляет собой целое число, на единицу большее максимального файлового дескриптора в любом из наборов. Другими словами, при добавлении файловых дескрипторов в наборы вам необходимо вычислять максимальное целое значение любого из них, а затем увеличивать это значение на единицу и передавать в nfds.

utimeout

Этот аргумент задаёт наибольшее время, которое вызов select() будет ожидать событий, по прошествии которого завершит работу, даже если ничего не произойдёт. Если значение этого аргумента равно NULL, то select() будет ожидать бесконечно. Значение utimeout может быть установлено в ноль секунд; в этом случае select() возвратит управление немедленно, с информацией о готовности файловых дескрипторов на момент вызова. Структура struct timeval определена следующим образом:

struct timeval {

    time_t tv_sec;    /* секунды */

    long tv_usec;     /* микросекунды */
};

ntimeout

Этот аргумент pselect() имеет то же значение, что и utimeout, но структура struct timespec позволяет указывать время с точностью до наносекунд:

struct timespec {

    long tv_sec;    /* секунды */

    long tv_nsec;   /* наносекунды */
};

sigmask

Этот аргумент содержит набор сигналов, которые ядро должно разблокировать (то есть удалить из маски сигналов вызывающей нити) на время, пока вызывающий заблокирован в вызове pselect() (см. sigaddset(3) и sigprocmask(2)). В качестве аргумента может быть передано значение NULL — вызов не изменяет маску сигналов при входе и выходе из функции. То есть pselect() ведёт себя как select().

Комбинирование событий сигналов и данных

Вызов pselect() полезен как для ожидания сигнала, так и для ожидания готовности файлового дескриптора для ввода-вывода. Программы, принимающие сигналы, как правило, лишь выставляют в обработчике сигнала глобальный флаг, который означает, что требуется обработка события в главном цикле программы. Появление сигнала заставит вызов select() (или pselect()) вернуть управление вызвавшей программе; при этом errno будет присвоено EINTR. Это поведение продиктовано необходимостью обработки сигналов в главном цикле программы во избежание бесконечной блокировки select(). В главном цикле программы должно быть условие, проверяющее глобальный флаг. Возникает вопрос: а что если сигнал придёт после проверки этого условия, но до вызова select()? В этом случае программа навсегда останется в select(), хотя и есть ожидающее событие. Для разрешения этой проблемы существует вызов pselect(). Этот вызов можно использовать для установки в сигнальной маске сигналов, которые принимаются только внутри вызова pselect(). Например, предположим что интересующее нас событие — это завершение дочернего процесса. Перед запуском главного цикла заблокируем SIGCHLD с помощью sigprocmask(2). Наш вызов pselect() разблокирует SIGCHLD, указав пустую маску сигналов. Программа будет выглядеть так:

static volatile sig_atomic_t got_SIGCHLD = 0;
static void
child_sig_handler(int sig)
{

    got_SIGCHLD = 1;
}
int
main(int argc, char *argv[])
{

    sigset_t sigmask, empty_mask;

    struct sigaction sa;

    fd_set readfds, writefds, exceptfds;

    int r;

    sigemptyset(&sigmask);

    sigaddset(&sigmask, SIGCHLD);

    if (sigprocmask(SIG_BLOCK, &sigmask, NULL) == -1) {

        perror("sigprocmask");

        exit(EXIT_FAILURE);

    }

    sa.sa_flags = 0;

    sa.sa_handler = child_sig_handler;

    sigemptyset(&sa.sa_mask);

    if (sigaction(SIGCHLD, &sa, NULL) == -1) {

        perror("sigaction");

        exit(EXIT_FAILURE);

    }

    sigemptyset(&empty_mask);

    for (;;) {          /* главный цикл */

        /* Инициализация readfds, writefds и exceptfds

           до вызова pselect() (код не показан). */

        r = pselect(nfds, &readfds, &writefds, &exceptfds,

                    NULL, &empty_mask);

        if (r == -1 && errno != EINTR) {

            /* обработка ошибки */

        }

        if (got_SIGCHLD) {

            got_SIGCHLD = 0;

            /* Здесь обработка сигнального события; например с

               помощью wait() для завершения потомком (код не показан). */

        }

        /* код основной программы */

    }
}

Практика

Итак, какой прок от использования select()? Разве нельзя просто считывать и записывать данные в файловые дескрипторы когда этого захочется? Смысл использования select() в том, что он позволяет следит за несколькими дескрипторами одновременно и корректно переводить процесс в режим ожидания, когда активности не наблюдается. Программисты UNIX часто попадают в ситуацию, когда необходимо обработать ввод-вывод из более чем одного файлового дескриптора в то время как поток данных может быть неравномерным. Если вы просто создадите последовательность вызовов read(2) и write(2), то можете попасть в ситуацию, когда один из вызовов будет ожидать данные из/в файлового дескриптора, в то время как другой будет простаивать, хотя данные для него уже появились. Вызов select() позволяет эффективно справиться с такой ситуацией.

Правила использования

Многие из тех, кто пытался использовать select(), сталкивались с поведением, которое трудно понять, и которое приводило к непереносимым или просто плохим результатам. Например, вышеприведенная программа тщательно спланирована так, чтобы ни в каком случае не блокироваться, хотя для её файловых дескрипторов не установлен неблокирующий режим. Несложно перечислить не очевидные ошибки, которые лишат всех преимуществ использования select(), поэтому вот список основных моментов, на которые нужно обращать внимание при использовании select().

1.

Всегда старайтесь использовать select() без указания времени ожидания. Ваша программа не должна ничего делать, если нет данных. Код, зависимый от времени ожидания, обычно плохо переносим и сложен для отладки.

2.

Для повышения эффективности значение nfds должно правильно вычисляться, как это объяснялось выше.

3.

Файловые дескрипторы не должны добавляться в наборы, если вы не планируете после вызова select() проверять результат и соответствующим образом реагировать. Смотрите следующее правило.

4.

После возврата из select() должны быть проверены все файловые дескрипторы во всех наборах.

5.

Вызовы read(2), recv(2), write(2) и send(2) не обязательно считывают/записывают данные в полном объёме. Такое, конечно, возможно при низком трафике или быстром потоке, однако происходит далеко не всегда. Вы должны рассчитывать, что ваши функции получают/отправляют только один байт за раз.

6.

Никогда не считывайте/записывайте побайтно, если только вы не абсолютно уверены в том, что нужно обработать небольшой объём данных. Крайне неэффективно считывать/записывать меньшее количество байт, чем вы можете поместить в буфер за один раз. Буферы в вышеприведённом примере имеют размер 1024 байта, однако могут быть легко увеличены до максимального размера пакета в вашей локальной сети.

7.

Вызовы read(2), recv(2), write(2), send(2) и select() могут завершиться ошибкой EINTR, а вызовы read(2), recv(2) write(2) и send(2) могут завершиться присвоением errno значения EAGAIN (EWOULDBLOCK). Эти варианты должны быть правильно обработаны (в вышеприведенной программе этого не сделано). Если ваша программа не собирается принимать сигналы, то маловероятно, что вы получите EINTR. Если ваша программа не использует неблокирующий ввод-вывод, то вы не получите EAGAIN.

8.

Никогда не вызывайте read(2), recv(2), write(2) или send(2) с буфером нулевой длины.

9.

Если вызовы read(2), recv(2), write(2) и send(2) завершаются с ошибками, отличными от перечисленных в пункте 7. или один из вызовов ввода вернул 0, что указывает на конец файла, то вы не должны передавать этот файловый дескриптор в select() снова. В примере выше я немедленно закрываю файловый дескриптор и устанавливаю его в -1 для предотвращения его включения в набор.

10.

Значение времени ожидания должно быть инициализировано при каждом новом вызове select(), так как некоторые операционные системы изменяют значение структуры. Однако pselect() не изменяет структуру времени ожидания.

11.

Так как select() изменяет переданные наборы файловых дескрипторов, то при использовании его в цикле наборы должны повторно инициализироваться перед каждым вызовом.

Эмуляция usleep

В системах, не имеющих функции usleep(3), вы можете использовать select() с конечной задержкой и без файловых дескрипторов следующим образом:

struct timeval tv;
tv.tv_sec = 0;
tv.tv_usec = 200000;  /* 0.2 секунды */
select(0, NULL, NULL, NULL, &tv);

Однако работа гарантируется только в системах UNIX.