SELECT(2)

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

ÜBERSICHT
/* laut POSIX.1-2001, POSIX.1-2008 */
#include <sys/select.h>

/* Laut älterer Standards */
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.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);

#include <sys/select.h>

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 den Funktionen select() und pselect() 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) ohne zu blockieren oder ein hinreichend kleines write(2)) durchzuführen.

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

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

(i) select() verwendet für Zeitbegrenzungen (timeouts) eine struct timeval (mit Sekunden und Mikrosekunden), während pselect() stattdessen eine struct timespec (mit Sekunden und Nanosekunden) verwendet.

(ii)
    Während select() das Argument timeout ändern darf, um die verbleibende Zeit anzugeben, verändert pselect() dieses Argument nicht.

(iii)
    Die Funktion select() hat keinen Parameter sigmask und verhält sich wie pselect, wenn ihr für sigmask ein NULL-Zeiger übergeben wird.

Es werden drei voneinander unabhängige Mengen von Deskriptoren überwacht. Die in readfds aufgeführten Deskriptoren werden daraufhin beobachtet, ob neue Zeichen zum Lesen ankommen (genauer: ob eine Leseaktion nicht blockiert; insbesondere ist ein Dateideskriptor auch am Dateiende (EOF) bereit). Die Datei-Deskriptoren in writefds werden daraufhin beobachtet, ob Platz zum Schreiben verfügbar ist (ein größerer Schreibaufruf kann aber dennoch blockieren) und die Datei-Deskriptoren in exceptfds werden auf außergewöhnliche Bedingungen überwacht. (Lesen Sie die Diskussion von POLLPRI in poll(2) für Beispiele für außergewöhnliche Bedingungen.)

Wenn die Funktion beendet wird, wird jede der Datei-Deskriptorenmengen so verändert, dass sie anzeigen, welcher Deskriptor seinen Status geändert hat. (Falls Sie daher select() innerhalb einer Schleife verwenden, müssen die Mengen vor jedem Aufruf neu initialisiert werden.)

Jeder der drei Mengen von Deskriptoren kann als NULL angegeben werden, falls für die entsprechenden Dateideskriptoren keine Klassen oder Ereignisse überwacht werden müssen.

Es werden vier Makros bereitgestellt, um mit diesen Mengen zu arbeiten. FD_ZERO() löscht eine Menge, FD_SET() fügt einen Deskriptor zu einer Menge hinzu und FD_CLR() löscht diesen. FD_ISSET() prüft, ob der Deskriptor in der Menge enthalten ist. Das ist insbesondere nach einem Aufruf von select() nützlich.

nfds sollte auf die Nummer des am höchsten nummerierten Dateideskriptors in allen drei Mengen plus 1 gesetzt werden. Der gekennzeichnete Dateideskriptor in jeder der drei Mengen wird bis zu dieser Begrenzung geprüft (siehe aber FEHLER).

Das Argument timeout legt das Intervall fest, das select() warten sollte, bis ein Dateideskriptor bereit wird. Der Aufruf wird blockieren, bis entweder:

*   ein Dateideskriptor bereit wird,

*   der Aufruf durch einen Signal-Handler unterbrochen wird, oder

*   die Wartezeit (timeout) abläuft.

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 null sind, kehrt select() sofort zurück. (Das ist praktisch für Polling). Falls timeout gleich NULL ist (kein timeout), kann select() auf unbestimmte Zeit blockieren.

sigmask ist ein Zeiger auf eine Signalmaske (siehe sigprocmask(2)); falls er ungleich NULL ist, ersetzt pselect() zuerst die aktuelle Signalmaske mit derjenigen, auf die sigmask weist, erledigt danach die »select«-Funktion und stellt als Letztes die ursprüngliche Signalmaske wieder her.

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

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

äquivalent zur atomaren (unterbrechungsfreien, aufeinanderfolgenden) 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)
Die Zeitstrukturen sind in <sys/time.h> als

    struct timeval {
        long    tv_sec;         /* Sekunden */
        long    tv_usec;        /* Mikrosekunden */
    };

und

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

definiert. (Sehen Sie sich aber weiter unten die Besonderheiten der POSIX.1-Versionen an.)

Es gibt Code, der select wie folgt aufruft: alle drei Deskriptor-Mengen leer, nfds gleich null und ein von NULL verschiedenes timeout als recht portabler Weg, um mit Auflösungen unterhalb einer Sekunde zu schlafen.

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-Mengen zurück. (Das entspricht der Gesamtzahl von Bits, die in readfds, writefds und exceptfds gesetzt sind.) Der Wert kann null sein, falls die Wartezeit abläuft, ohne das irgendetwas von Bedeutung geschieht. Wenn ein Fehler auftritt, wird -1 zurückgegeben und errno gesetzt, um den Fehler anzugeben. Die Datei-Deskriptor-Mengen bleiben unverändert und timeout wird undefiniert.

FEHLER

EBADF
    In einem der Mengen wurde ein ungültiger Dateideskriptor angegeben. (Vielleicht war es ein schon geschlossener Dateideskriptor oder einer, bei dem ein Fehler aufgetreten ist.) Lesen Sie aber auch FEHLER.

EINTR
    Ein Signal wurde abgefangen; siehe signal(7).

EINVAL
    nfds ist negativ oder übersteigt die Ressourcenbegrenzung RLIMIT_NOFILE (siehe getrlimit(2)).

EINVAL
    Der Wert von timeout ist ungültig.

ENOMEM
    Speicher für interne Tabellen konnte nicht bereitgestellt werden.

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 Beenden 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.

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.

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.)

Im Hinblick auf die beteiligten Typen ist die klassische Situation, dass zwei Felder einer Struktur timeval vom Typ long (wie gezeigt) sind und die Struktur in <sys/time.h> definiert ist. Die POSIX.1-Situation ist

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

wobei die Struktur in <sys/select.h> definiert und die Datentypen time_t und suseconds_t in <sys/types.h> definiert sind.

Im Hinblick auf Prototypen ist die klassische Situation, dass <time.h> für select() eingebunden werden sollte. Die Situation unter POSIX.1 ist, dass <sys/select.h> für select() und pselect() eingebunden werden sollte.

Unter Glibc 2.0 gibt <sys/select.h> den falschen Prototyp für pselect(). Unter Glibc 2.1 bis 2.2.1 gibt er pselect(), wenn _GNU_SOURCE definiert ist. Seit Glibc 2.2.2 gelten die in ÜBERSICHT gezeigten Anforderungen.

  Korrespondenz zwischen den Benachrichtigungen select() und poll()
Innerhalb der Linux-Kernelquellen finden wir die folgende Definition, die die Korrespondenz zwischen den lesbaren, schreibbaren und außerordentlichen Zustandsbenachrichtigungen von select() und den durch poll(2) (und epoll(7)) bereitgestellten Ereignisbenachrichtigungen zeigt:

    #define POLLIN_SET (POLLRDNORM | POLLRDBAND | POLLIN | POLLHUP |
                        POLLERR)
                       /* Bereit zum Lesen */
    #define POLLOUT_SET (POLLWRBAND | POLLWRNORM | POLLOUT | POLLERR)
                       /* Bereit zum Schreiben */
    #define POLLEX_SET (POLLPRI)
                       /* Außergewöhnliche Bedingung */

  Multithreaded Anwendungen
Falls ein Dateideskriptor, der durch select() überwacht wird, in einem anderen Thread geschlossen wird, ist das Ergebnis nicht spezifiziert. Auf einigen UNIX-Systemen entblockt select() und kehrt mit einer Information zurück, dass der Dateideskriptor bereit ist (eine nachfolgende E/A-Aktion wird wahrscheinlich mit einem Fehler fehlschlagen, außer jemand anders hat den Dateideskriptor zwischen dem Zeitpunkt, zu dem select() zurückkehrte, und dem Zeitpunkt, zu der die E/A-Aktion stattfand, wieder geöffnet). Unter Linux (und einigen anderen Systemen) hat das Schließen des Dateideskriptors in einem anderen Thread keinen Effekt auf select(). Zusammenfassend sollte jede Anwendung, die sich auf ein bestimmtes Verhalten in diesem Szenario abstützt, als fehlerhaft betrachtet werden.

  Unterschiede C-Bibliothek/Kernel
Der Linux-Kernel erlaubt Dateideskriptormengen beliebiger Größe und bestimmt die Größe der zu prüfenden Mengen durch den Wert von nfds. In der Glibc-Implementierung ist der Typ fd_set allerdings von fester Größe. Siehe auch FEHLER.

Die in dieser Seite beschriebene Schnittstelle von pselect() wird durch Glibc implementiert. Der darunterliegende Systemaufruf heißt pselect6(). Dieser Systemaufruf hat ein etwas anderes Verhalten als die Glibc-Wrapper-Funktion.

Der Systemaufruf pselect6() von Linux verändert das Argument timeout. Die Glibc-Wrapper-Funktion versteckt dieses Verhalten durch Verwendung einer lokalen Variablen für das Arguemnt »timeout«, die an den Systemaufruf übergeben wird. Daher verändert die Glibc-Funktion pselect() nicht ihr Argument timeout; dies ist das von POSIX.1-2001 verlangte Verhalten.

Das finale Argument des Systemaufrufs pselect6() ist kein sigset_t *-Zeiger, sondern eine Struktur der folgenden Form:

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

Dies erlaubt es dem Systemaufruf, sowohl einen Zeiger auf die Signalgruppe als auch seine Größe zu ermitteln und dabei zu berücksichtigen, dass die meisten Architekturen eine maximale Anzahl von 6 Argumenten für einen Systemaufruf erlauben. Siehe sigprocmask(2) für eine Diskussion der Unterschiede zwischen der Ansicht des Kernels und der Ansicht der Libc bezüglich der Singalmenge.

FEHLER
POSIX erlaubt einer Implementierung, eine oberer Begrenzung für den Bereich von Dateideskriptoren, die in einer Dateideskriptorenmenge festgelegt werden können, zu definieren. Diese Begrenzung soll mittels der Konstanten FD_SETSIZE bekannt gemacht werden. Der Linux-Kernel erzwingt keine feste Begrenzung, aber die Glibc-Implementierung macht fd_set zu einem Typ fester Größe, wobei FD_SETSIZE als 1024 definiert ist und die Makros FD_*() arbeiten entsprechend dieser Begrenzung. Um Dateideskriptoren größer als 1024 zu überwachen verwenden Sie stattdessen poll(2).

Laut POSIX sollte select() alle festgelegten Dateideskriptoren in den drei Dateideskriptorenmengen bis zur Grenze nfds-1 prüfen. Allerdings ignoriert die aktuelle Implementierung jeden Dateideskriptor in diesen Mengen, der größer als die maximale Dateideskriptorennummer ist, die der Prozess derzeit offen hat. Laut POSIX sollte jeder solcher Dateideskriptoren, der in einem der drei Mengen festgelegt ist, zu einem Fehler EBADF führen.

Glibc 2.0 stellte eine Version von pselect() bereit, die das Argument sigmask nicht akzeptierte.

Beginnend mit Version 2.1 stellt Glibc eine Emulation von pselect() bereit, die mittels sigprocmask(2) und select() implementiert wurde. Diese Implementierung blieb für den starken Ressourcenwettlauf verwundbar, der durch das Design von pselect() vermieden werden sollte. Moderne Versionen der Glibc verwenden den (ressourcenwettlauffreien) pselect()-Systemaufruf auf Kerneln, die ihn bereitstellen.

Unter Linux könnte select() einen Socket-Dateideskriptor als »bereit zum Lesen« melden, obwohl trotzdem ein folgendes Lesen blockiert. Dies könnte beispielsweise passieren, wenn Daten angekommen sind, aber bei genauerer Prüfung die falsche Prüfsumme haben und daher verworfen werden. Es mag andere Umstände geben, in denen ein Dateideskriptor fälschlicherweise als bereit berichtet werden könnte. Daher mag es sicherer sein, O_NONBLOCK bei Sockets zu benutzen, die nicht blockieren sollen.

Unter Linux verändert select() auch timeout falls der Aufruf durch ein Signal-Handler unterbrochen wird (d.h. den Fehler EINTR zurückliefert). Dies wird von POSIX.1 nicht erlaubt. Der Linux-Systemaufruf pselect() zeigt das gleiche Verhalten, aber der Glibc-Wrapper versteckt das Verhalten, indem er intern timeout in eine lokale Variable kopiert und diese Variable an den Systemaufruf übergibt.

BEISPIEL
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <sys/time.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <unistd.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);
    }

SIEHE AUCH
accept(2), connect(2), poll(2), read(2), recv(2), restart_syscall(2), send(2), sigprocmask(2), write(2), epoll(7), time(7)

Für eine Anleitung mit Diskussionen und Beispielen lesen Sie select_tut(2).

KOLOPHON
Diese Seite ist Teil der Veröffentlichung 4.15 des Projekts Linux-man-pages. Eine Beschreibung des Projekts, Informationen, wie Fehler gemeldet werden können sowie die aktuelle Version dieser Seite finden sich unter https://www.kernel.org/doc/man-pages/.

ÜBERSETZUNG
Die deutsche Übersetzung dieser Handbuchseite wurde von Martin Schulze <joey@infodrom.org>, Daniel Kobras <kobras@linux.de>, Martin Eberhard Schauer <Martin.E.Schauer@gmx.de>, Helge Kreutzmann <debian@helgefjell.de> und Mario Blättermann <mario.blaettermann@gmail.com> erstellt.

Diese Übersetzung ist Freie Dokumentation; lesen Sie die GNU General Public License Version 3 oder neuer bezüglich der Copyright-Bedingungen. Es wird KEINE HAFTUNG übernommen.

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