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BEZEICHNUNG

select, pselect, FD_CLR, FD_ISSET, FD_SET, FD_ZERO - synchrones E/A-Zeitmultiplexverfahren

ÜBERSICHT

#include <sys/select.h>

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,
fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

void FD_CLR(int fd, fd_set *set);
int FD_ISSET(int fd, fd_set *set);
void FD_SET(int fd, fd_set *set);
void FD_ZERO(fd_set *set);

int pselect(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,
fd_set *exceptfds, const struct timespec *timeout,
const sigset_t *sigmask);

Mit Glibc erforderliche Makros (siehe feature_test_macros(7)):

pselect(): _POSIX_C_SOURCE >= 200112L

BESCHREIBUNG

Mit der Funktion select() kann ein Programm mehrere Dateideskriptoren überwachen und warten, bis ein oder mehrere der Dateideskriptoren »bereit« für eine Klasse von E/A-Aktionen sind (z. B. Eingabe möglich). Ein Dateideskriptor gilt als bereit, wenn es möglich ist, eine entsprechende E/A-Aktionen (z.B. read (2) oder ein hinreichend kleines write(2) ohne zu blockieren) durchzuführen.

select() kann nur Dateideskriptorennummern überwachen, die kleiner als FD_SETSIZE sind; poll(2) und epoll(7) haben diese Einschränkung nicht. Siehe FEHLER.

Dateideskriptor-Gruppen
Die hauptsächlichen Argumente von select() sind drei »Gruppen« von Dateideskriptoren (mit dem Typ fd_set deklariert), die es dem Aufrufenden erlauben, auf drei Ereignisklassen von der festgelegten Menge an Dateideskriptoren zu warten. Jedes der fd_set-Argumente kann als NULL angegeben werden, falls keine Dateideskriptoren für die entsprechende Ereignisklasse beobachtet werden soll.

Wohlgemerkt: Wenn die Funktion zurückkehrt, wird jede der Datei-Deskriptorenmengen so verändert, dass sie anzeigen, welcher Dateideskriptor derzeit »bereit« ist. Falls Sie daher select() innerhalb einer Schleife verwenden, müssen die Mengen vor jedem Aufruf neu initialisiert werden. Die Implementierung des Arguments fd_set als Wert-Ergebnis-Argument ist ein Design-Fehler, der in poll(2) und epoll(7) vermieden wurde.

Der Inhalt einer Dateideskriptor-Gruppe kann mit den folgenden Makros bearbeitet werden:
FD_ZERO()

Dieses Makro löscht (entfernt alle Dateideskriptoren aus) set. Es sollte als erster Schritt beim Initialisieren einer Dateideskriptor-Gruppe eingebunden werden.

FD_SET()

Dieses Makro fügt den Dateideskriptor fd zu set hinzu. Das Hinzufügen eines bereits in set vorhandenen Dateideskriptors ist ein Leerbefehl und löst keinen Fehler aus.

FD_CLR()

Dieses Makro entfernt den Dateideskriptor fd aus set. Das Hinzufügen eines nicht in set vorhandenen Dateideskriptors ist ein Leerbefehl und löst keinen Fehler aus.

FD_ISSET()

select() modifiziert den Inhalt der Gruppen entsprechend der nachfolgend bschriebenen Regeln. Nach dem Aufruf von select() kann mit dem Makro FD_ISSET() überprüft werden, ob ein Dateideskriptor noch in einer Gruppe vorhanden ist. FD_ISSET() gibt einen von 0 verschiedenen Wert zurück, falls der Dateideskriptor fd in set vorhanden ist; falls nicht, wird 0 zurückgegeben.

Argumente
Die Argumente von select() im Einzelnen:
readfds

Die Dateideskriptoren in dieser Gruppe werden überwacht, um festzustellen, ob sie bereit zum Lesen sind. Ein Dateideskriptor ist bereit zum Lesen, wenn ein Lesevorgang nicht blockiert; insbesondere ist ein Dateideskriptor auch bereit, wenn das Dateiende erreicht ist.

Nachdem select() zurückgekehrt ist, werden alle Dateideskriptoren aus readfds entfernt, außer jene, die bereit zum Lesen sind.

writefds

Die Dateideskriptoren in dieser Gruppe werden überwacht, um festzustellen, ob sie bereit zum Schreiben sind. Ein Dateideskriptor ist bereit zum Schreiben, wenn ein Schreibvorgang nicht blockiert. Dennoch könnte ein großer Schreibvorgang noch immer blockieren, selbst wenn ein Dateideskriptor als schreibbar angezeigt wird.

Nachdem select() zurückgekehrt ist, werden alle Dateideskriptoren aus writefds entfernt, außer jene, die bereit zum Schreiben sind.

exceptfds

Die Dateideskriptoren in dieser Gruppe werden auf »Ausnahmebedingungen« überwacht. Einige Beispiele für Ausnahmebedingungen finden Sie in den Erläuterungen zu POLLPRI in poll(2).

Nachdem select() zurückgekehrt ist, werden alle Dateideskriptoren aus exceptfds entfernt, außer jene, bei denen Ausnahmebedingungen aufgetreten sind.

timeout

Das Argument timeout ist eine timeval-Struktur (nachfolgend beschrieben), welche das Intervall festlegt, das select() warten sollte, bis ein Dateideskriptor bereit wird. Der Aufruf wird blockieren, bis entweder:

Beachten Sie, das das Intervall timeout auf die Auflösung der Systemuhr aufgerundet wird. Durch Verzögerungen beim Kernel-Scheduling kann dieser Wert nochmals etwas größer werden.

Falls beide Felder der Struktur timeval gleich 0 sind, kehrt select() sofort zurück. (Das ist praktisch für Polling).

Falls timeout als NULL festgelegt wurde, wird select() unendlich warten, bis ein Dateideskriptor bereit wird.

pselect()
Der Systemaufruf pselect() ermöglicht einer Anwendung, sicher zu warten, bis entweder ein Dateideskriptor bereit wird oder bis ein Signal empfangen wird.

Das Verhalten von select() und pselect() ist bis die folgenden drei Unterschiede identisch:

sigmask ist ein Zeiger auf eine Signalmaske (siehe sigprocmask(2)); falls er ungleich NULL ist, ersetzt pselect() zuerst die aktuelle Signalmaske durch diejenige, auf die sigmask weist, erledigt danach die »select«-Funktion und stellt als Letztes die ursprüngliche Signalmaske wieder her. (Falls sigmask nicht NULL ist, wird die Signalmaske während des pselect()-Aufrufs nicht verändert.)

Abgesehen von der unterschiedlichen Genauigkeit des timeout-Arguments ist der pselect()-Aufruf

ready = pselect(nfds, &readfds, &writefds, &exceptfds,
                timeout, &sigmask);

ist äquivalent zur atomaren Ausführung der folgenden Aufrufe:

sigset_t origmask;


pthread_sigmask(SIG_SETMASK, &sigmask, &origmask);
ready = select(nfds, &readfds, &writefds, &exceptfds, timeout);
pthread_sigmask(SIG_SETMASK, &origmask, NULL);

Falls man auf die Verfügbarkeit eines Signals oder eines Dateideskriptors warten möchte, ist zur Vermeidung von Wettlaufsituationen (race conditions) eine atomare Prüfung erforderlich, die von pselect() erledigt wird. (Angenommen, der Signal Handler setzt einen globalen Schalter und kehrt zurück. Dann könnte eine Prüfung dieses globalen Schalters gefolgt von einem Aufruf von select() auf unbestimmte Zeit hängen, wenn das Signal zwischen der Prüfung und vor dem Aufruf von select() eintrifft. Im Gegensatz dazu ermöglicht es pselect() zuerst Signale zu blockieren, die eingetroffenen Signale abzuarbeiten und anschließend pselect() mit der gewünschten sigmask aufzurufen, um Race Conditions zu vermeiden.)

Die Wartezeit (timeout)
Das Argument timeout für select() ist eine Struktur des folgenden Typs:

struct timeval {
    time_t      tv_sec;         /* Sekunden */
    suseconds_t tv_usec;        /* Mikrosekunden */
};

Das korrespondierende Argument für pselect() hat den folgenden Typ:

struct timespec {
    time_t      tv_sec;         /* Sekunden */
    long        tv_nsec;        /* Nanosekunden */
};

Unter Linux modifiziert select() timeout, um die nicht schlafend verbrachte Zeit anzuzeigen; die meisten anderen Implementierungen tun das nicht. (POSIX.1 lässt beiderlei Verhalten zu.) Dies führt zu Problemen sowohl bei der Portierung von Linux-Code, der timeout liest, auf andere Betriebssysteme als auch bei der Portierung von Code nach Linux, der eine struct timeval in einer Schleife für mehrfache Aufrufe von select() nutzt, ohne sie erneut zu initialisieren. Gehen Sie davon aus, dass timeout nach der Rückkehr aus select() nicht definiert ist.

RÜCKGABEWERT

Bei Erfolg geben select() und pselect() die Anzahl der Datei-Deskriptoren in den drei zurückgegebenen Deskriptor-Gruppen zurück. (Das entspricht der Gesamtzahl von Bits, die in readfds, writefds und exceptfds gesetzt sind.) Der Rückgabewert kann 0 sein, falls die Wartezeit ablief, bevor der Dateideskriptor bereitstand.

Bei einem Fehler wird -1 zurückgegeben und errno wird gesetzt, um den Fehler anzuzeigen; die Dateideskriptor-Gruppen werden nicht verändert und timeout wird undefiniert.

FEHLER

VERSIONEN

pselect() wurde im Linux-Kernel 2.6.16 hinzugefügt. Vorher wurde pselect() in der Glibc emuliert (siehe aber FEHLER).

KONFORM ZU

select() erfüllt POSIX.1-2001, POSIX.1-2008 und 4.4BSD (select() erschien erstmalig in 4.2BSD). Im Allgemeinen von/nach nicht BSD-Systeme portabel, unterstützt Klone der BSD-Socket-Schicht (einschließlich System-V-Varianten). Beachten Sie allerdings, dass System-V-Varianten typischerweise die Variable »timeout« vor dem Zurückkehren setzen, die BSD-Variante aber nicht.

pselect() ist in POSIX.1g und in POSIX.1-2001 und in POSIX.1-2008 definiert.

ANMERKUNGEN

Ein fd_set ist ein Puffer fester Größe. Wird FD_CLR() oder FD_SET() mit einem Wert für fd, der negativ, gleich groß oder größer als FD_SETSIZE ist, ausgeführt, führt dies zu nicht definiertem Verhalten. Desweiteren verlangt POSIX, dass fd ein gültiger Dateideskriptor ist.

Das Verhalten von select() und pselect() ist von dem Schalter O_NONBLOCK nicht betroffen.

Unter einigen UNIX-Systemen kann select() mit dem Fehler EAGAIN fehlschlagen, falls es dem System nicht gelingt, Kernel-interne Ressourcen zuzuweisen. Linux verwendet hierbei ENOMEM. POSIX legt diesen Fehler für poll(2) aber nicht für select() fest. Portable Anwendungen könnten in einer Schleife auf EAGAIN (wie auch auf EINTR) prüfen.

Der Selbst-Pipe-Trick
Auf Systemen, auf denen pselect() fehlt, kann ein zuverlässiges (und portableres) Abfangen von Signalen mit dem Selbst-Pipe-Trick erreicht werden. Bei dieser Technik schreibt ein Signal-Handler ein Byte in eine Pipe, dessen anderes Ende von select() im Hauptprogramm überwacht wird. (Um mögliches Blockieren beim Schreiben in eine Pipe, die voll sein könnte, oder Lesen aus einer Pipe, die leer sein könnte, zu vermeiden, wird nicht blockierende E/A beim Auslesen und Schreiben in die Pipe verwandt.)

Emulieren von usleep(3)
Vor dem Aufkommen von usleep(3) gab es Code, der select wie folgt aufrief: alle drei Deskriptor-Gruppen leer, nfds gleich 0 und ein von NULL verschiedenes timeout als recht portabler Weg, um mit Auflösungen unterhalb einer Sekunde zu schlafen.

#define POLLIN_SET  (EPOLLRDNORM | EPOLLRDBAND | EPOLLIN |
                     EPOLLHUP | EPOLLERR)
                   /* Bereit zum Lesen */
#define POLLOUT_SET (EPOLLWRBAND | EPOLLWRNORM | EPOLLOUT |
                     EPOLLERR)
                   /* Bereit zum Schreiben */
#define POLLEX_SET  (EPOLLPRI)
                   /* Außergewöhnliche Bedingung */

struct {
    const kernel_sigset_t *ss;  /* Zeiger auf Signalgruppe */
    size_t ss_len;              /* Größe (in Bytes) des Objekts,
                                   auf das durch »ss« gezeigt wird */
};

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/select.h>

int
main(void)
{
    fd_set rfds;
    struct timeval tv;
    int retval;

    /* Beobachte stdin (fd 0), um zu sehen, wenn es Eingaben gibt. */

    FD_ZERO(&rfds);
    FD_SET(0, &rfds);

    /* Warte bis zu fünf Sekunden. */

    tv.tv_sec = 5;
    tv.tv_usec = 0;

    retval = select(1, &rfds, NULL, NULL, &tv);
    /* Verlassen Sie sich jetzt nicht auf den Wert von tv! */

    if (retval == -1)
        perror("select()");
    else if (retval)
        printf("Daten sind jetzt verfügbar.\n");
        /* FD_ISSET(0, &rfds) werden wahr sein. */
    else
        printf("Innerhalb von fünf Sekunden keine Daten.\n");

    exit(EXIT_SUCCESS);
}