ss 命令可以查看和管理 TCP 连接。ss -t 列出所有 TCP 连接。在Linux操作系统中，TCP（传输控制协议）是网络通信的核心组件之一，它提供了一种可靠的、面向连接的数据传输方式，确保数据包按顺序和无错误地到达目标地址，本文将深入探讨如何在Linux环境下使用select系统调用来监控多个TCP套接字（sockets），以及这种技术如何帮助开发者实现高效的网络编程。
理解TCP与Socket
TCP是一种面向连接的协议，意味着在数据传输之前，通信双方需要先建立一个连接，这个连接通过套接字（socket）来实现，套接字是一个通信端点，可以看作是网络通信中的一个“电话”，在Linux中，套接字可以通过文件描述符来引用，就像普通文件一样进行读写操作。
`select`系统调用
select是Linux提供的一个系统调用，用于监视文件描述符集合的变化情况，特别是检查一个或多个套接字是否有数据可读、可写或有异常条件发生，这对于编写能够同时处理多个网络连接的服务器程序尤为重要，因为它允许程序在不阻塞的情况下等待多个事件的发生。
select函数原型
#include <sys/types.h> #include <sys/time.h> #include <sys/socket.h> int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
nfds: 要检查的文件描述符数量。
readfds: 指向要监视可读性的文件描述符集合。
writefds: 指向要监视可写性的文件描述符集合。
exceptfds: 指向要监视异常情况的文件描述符集合。
timeout: 指定等待的最长时间，如果为NULL则无限期等待。
返回值：
成功时返回准备好的文件描述符数量。
失败时返回-1，并设置errno。
如果超时则返回0。
使用`select`监控TCP套接字
假设我们有一个多客户端的TCP服务器，想要同时处理来自不同客户端的连接请求和数据发送，以下是一个简单的示例代码片段，展示了如何使用select来实现这一目标。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#define PORT 8080
#define MAXLINE 1024
int main() {
int listener, new_socket, max_sd, activity, valread, sd;
int client_socket[30], max_clients = 30; // 最大客户端数
struct sockaddr_in address;
char buffer[MAXLINE];
fd_set readfds;
int opt = 1;
int addrlen = sizeof(address);
// 创建监听套接字
if ((listener = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {
perror("socket failed");
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 绑定地址和端口
address.sin_family = AF_INET;
address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
address.sin_port = htons(PORT);
if (bind(listener, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address))<0) {
perror("bind failed");
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 开始监听
if (listen(listener, 3) < 0) {
perror("listen");
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("Listening on port %d
", PORT);
while (1) {
FD_ZERO(&readfds);
FD_SET(listener, &readfds);
max_sd = listener;
// 添加现有套接字到集合中
for (int i = 0; i < max_clients; i++) {
sd = client_socket[i];
if (sd > 0) FD_SET(sd, &readfds);
if (sd > max_sd) max_sd = sd;
}
// 等待事件发生
activity = select(max_sd + 1, &readfds, NULL, NULL, NULL);
if (activity < 0 && errno != EINTR) {
printf("select error");
}
// 如果监听套接字上有事件发生，接受新的连接
if (FD_ISSET(listener, &readfds)) {
if ((new_socket = accept(listener, (struct sockaddr *)&address, (socklen_t*)&addrlen))<0) {
perror("accept");
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("New connection, socket fd is %d
", new_socket);
// 将新套接字添加到数组中
for (int i = 0; i < max_clients; i++) {
if (client_socket[i] == 0) {
client_socket[i] = new_socket;
printf("Adding to list of sockets as %d
", i);
break;
}
}
}
// 处理已连接的套接字上的事件
for (int i = 0; i < max_clients; i++) {
sd = client_socket[i];
if (FD_ISSET(sd, &readfds)) {
// 读取数据并响应
valread = read(sd, buffer, 1024);
buffer[valread] = '\0';
printf("Received: %s
", buffer);
send(sd, buffer, strlen(buffer), 0);
}
}
}
return 0;
}表格：select与其他I/O多路复用技术的对比
| 特性 | select | poll | epoll | kqueue | /dev/poll | io_uring |
| 系统兼容性 | 广泛支持 | 广泛支持 | Linux特有 | BSD特有 | Solaris特有 | Linux 5.1+ |
| 性能 | 较低（线性扫描） | 中等 | 高（基于事件驱动） | 高 | 中等 | 极高 |
| 使用复杂度 | 简单 | 简单 | 中等 | 中等 | 中等 | 复杂 |
| 适用场景 | 少量文件描述符 | 少量至中等量级文件描述符 | 大量文件描述符 | 大量文件描述符 | 大量文件描述符 | 高性能需求场景 |
| 资源占用 | 较高（每次调用都需要复制fd_set） | 中等 | 低（动态管理） | 低 | 低 | 极低 |
FAQs
Q1:select系统调用为什么被称为“线性扫描”？
A1:select系统调用之所以被称为“线性扫描”，是因为它会遍历所有传入的文件描述符集（readfds,writefds,exceptfds），即使这些集合中的大部分文件描述符都没有就绪事件，这种遍历方式导致其时间复杂度为O(n)，其中n是监视的文件描述符数量，当文件描述符数量很大时，这会成为性能瓶颈。
Q2: 何时使用select而非其他更高效的I/O多路复用技术？
A2:select虽然在某些方面不如poll,epoll,kqueue等现代I/O多路复用技术高效，但它仍然有其适用场景：
跨平台需求：如果你需要编写跨多种操作系统的代码，而不仅仅是Linux，select是一个很好的选择，因为它在大多数Unix-like系统上都有实现。
简单性：对于简单的应用程序，或者学习网络编程的基础概念时，select提供了一个易于理解和使用的接口。
资源限制较小的环境：在文件描述符数量不是非常多，且对性能要求不是特别高的场合，select足够应付，且实现起来更直接。
各位小伙伴们，我刚刚为大家分享了有关“select linux tcp”的知识，希望对你们有所帮助。如果您还有其他相关问题需要解决，欢迎随时提出哦！
