SELECT_TUT(2)

NOM
select, pselect - Multiplexage d'entrées-sorties synchrones

BIBLIOTHÈQUE
Bibliothèque C standard (libc, -lc)

SYNOPSIS
Voir select(2)

DESCRIPTION
Les appels système select() et pselect()) sont utilisés pour superviser efficacement plusieurs descripteurs de fichiers pour vérifier si l'un d'entre eux est ou devient « prêt » ; c'est-à-dire savoir si des entrées-sorties deviennent possibles ou si une « condition exceptionnelle » est survenue sur l'un des descripteurs.

Cette page fournit des informations de contexte et des tutoriels sur l'utilisation de ces appels système. Pour des détails sur les paramètres et la sémantique de select() et de pselect(), voir select(2).

  Combinaison d'événements de signaux et de données
***pselect() est utile si vous attendez un signal ou qu'un/des descripteur(s) de fichier deviennent prêts pour des entrées-sorties. Les programmes qui reçoivent des signaux utilisent généralement le gestionnaire de signal uniquement pour lever un drapeau global. Le drapeau global indique que l'événement doit être traité dans la boucle principale du programme. Un signal provoque l'arrêt de l'appel select() (ou pselect()) avec errno positionnée à EINTR. Ce comportement est essentiel afin que les signaux puissent être traités dans la boucle principale du programme, sinon select() bloquerait indéfiniment.

Ceci étant, la boucle principale implante quelque part une condition vérifiant le drapeau global, et l'on doit donc se demander : que se passe-t-il si un signal est levé après la condition mais avant l'appel à select() ? La réponse est que select() bloquerait indéfiniment, même si un signal était en fait en attente. Cette "race condition" est résolue par l'appel pselect(). Cet appel peut être utilisé afin de définir le masque des signaux qui sont censés n'être reçus que durant l'appel à pselect(). Par exemple, supposons que l'événement en question est la fin d'un processus enfant. Avant le démarrage de la boucle principale, nous bloquerions SIGCHLD en utilisant sigprocmask(2). Notre appel pselect() débloquerait SIGCHLD en utilisant le masque de signaux vide. Le programme ressemblerait à ceci :

    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 (;;) {          /* main loop */
            /* Initialize readfds, writefds, and exceptfds
               before the pselect() call.  (Code omitted.)  */

            r = pselect(nfds, &readfds, &writefds, &exceptfds,
                        NULL, &empty_mask);
            if (r == -1 && errno != EINTR) {
                /* Handle error */
            }

            if (got_SIGCHLD) {
                got_SIGCHLD = 0;

                /* Handle signalled event here; e.g., wait() for all
                   terminated children.  (Code omitted.)  */
            }

            /* main body of program */
        }
    }

  Pratique
Quelle est donc la finalité de select() ? Ne peut on pas simplement lire et écrire dans les descripteurs chaque fois qu'on le souhaite ? L'objet de select() est de surveiller de multiples descripteurs simultanément et d'endormir proprement le processus s'il n'y a pas d'activité. Les programmeurs UNIX se retrouvent souvent dans une situation dans laquelle ils doivent gérer des entrées-sorties provenant de plus d'un descripteur de fichier et dans laquelle le flux de données est intermittent. Si vous deviez créer une séquence d'appels read(2) et write(2), vous vous retrouveriez potentiellement bloqué sur un de vos appels attendant pour lire ou écrire des données à partir/vers un descripteur de fichier, alors qu'un autre descripteur de fichier est inutilisé bien qu'il soit prêt pour des entrées-sorties. select() gère efficacement cette situation.

  Règles de select
De nombreuses personnes qui essaient d'utiliser select() obtiennent un comportement difficile à comprendre et produisent des résultats non portables ou des effets de bord. Par exemple, le programme ci-dessus est écrit avec précaution afin de ne bloquer nulle part, même s'il ne positionne pas ses descripteurs de fichier en mode non bloquant.Il est facile d'introduire des erreurs subtiles qui annuleraient l'avantage de l'utilisation de select(), aussi, voici une liste de points essentiels à contrôler lors de l'utilisation de select().

1.  Vous devriez toujours essayer d'utiliser select() sans timeout. Votre programme ne devrait rien avoir à faire s'il n'y a pas de données disponibles. Le code dépendant de timeouts n'est en général pas portable et difficile à déboguer.

2.  La valeur nfds doit être calculée correctement pour des raisons d'efficacité comme expliqué plus haut.

3.  Aucun descripteur de fichier ne doit être ajouté à un quelconque ensemble si vous ne projetez pas de vérifier son état après un appel à select(), et de réagir de façon adéquate. Voir la règle suivante.

4.  Après le retour de select(), tous les descripteurs de fichier dans tous les ensembles devraient être testés pour savoir s'ils sont prêts.

5.  Les fonctions read(2), recv(2), write(2) et send(2) ne lisent ou n'écrivent pas forcément la quantité totale de données spécifiée. Si elles lisent/écrivent la quantité totale, c'est parce que vous avez une faible charge de trafic et un flux rapide. Ce n'est pas toujours le cas. Vous devriez gérer le cas où vos fonctions traitent seulement l'envoi ou la réception d'un unique octet.

6.  Ne lisez/n'écrivez jamais seulement quelques octets à la fois à moins que vous ne soyez absolument sûr de n'avoir qu'une faible quantité de données à traiter. Il est parfaitement inefficace de ne pas lire/écrire autant de données que vous pouvez en stocker à chaque fois. Les tampons de l'exemple ci-dessous font 1024 octets bien qu'ils aient facilement pu être rendus plus grands.

7.  Les appels à read(2), recv(2), write(2), send(2) et select() peuvent échouer avec l'erreur EINTR et les appels à read(2), recv(2), write(2), write(2) et send(2) peuvent échouer avec errno positionné sur EAGAIN (EWOULDBLOCK). Ces résultats doivent être correctement gérés (cela n'est pas fait correctement ci-dessus). Si votre programme n'est pas censé recevoir de signal, alors, il est hautement improbable que vous obteniez EINTR. Si votre programme n'a pas configuré les entrées-sorties en mode non bloquant, vous n'obtiendrez pas de EAGAIN.

8.  N'appelez jamais read(2), recv(2), write(2) ou send(2) avec un tampon de taille nulle.

9.  Si les fonctions read(2), recv(2), write(2) et send(2) échouent avec une erreur autre que celles indiquées en 7., ou si l'une des fonctions d'entrée renvoie 0, indiquant une fin de fichier, vous ne devriez pas utiliser ce descripteur à nouveau pour un appel à select(). Dans l'exemple ci-dessous, le descripteur est immédiatement fermé et ensuite est positionné à -1 afin qu'il ne soit pas inclus dans un ensemble.

10. La valeur de timeout doit être initialisée à chaque nouvel appel à select(), puisque des systèmes d'exploitation modifient la structure. Cependant, pselect() ne modifie pas sa structure de timeout.

11. Comme select() modifie ses ensembles de descripteurs de fichiers, si l'appel est effectué dans une boucle alors les ensembles doivent être réinitialisés avant chaque appel.

VALEUR RENVOYÉE
Voir select(2).

NOTES
De façon générale, tous les systèmes d'exploitation qui gèrent les sockets proposent également select(). select() peut être utilisé pour résoudre de façon portable et efficace de nombreux problèmes que des programmeurs naïfs essaient de résoudre avec des threads, des forks, des IPC, des signaux, des mémoires partagées et d'autres méthodes peu élégantes.

L'appel système poll(2) a les mêmes fonctionnalités que select(), tout en étant légèrement plus efficace quand il doit surveiller des ensembles de descripteurs creux. Il est disponible sur la plupart des systèmes de nos jours, mais était historiquement moins portable que select().

L'API epoll(7) spécifique à Linux fournit une interface plus efficace que select(2) et poll(2) lorsque l'on surveille un grand nombre de descripteurs de fichier.

EXEMPLES
Voici un exemple qui montre mieux l'utilité réelle de select(). Le code ci-dessous consiste en un programme de « TCP forwarding » qui redirige un port TCP vers un autre.

    #include <arpa/inet.h>
    #include <errno.h>
    #include <netinet/in.h>
    #include <signal.h>
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <string.h>
    #include <sys/select.h>
    #include <sys/socket.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <unistd.h>

    static int forward_port;

    #undef max
    #define max(x, y) ((x) > (y) ? (x) : (y))

    static int
    listen_socket(int listen_port)
    {
        int                 lfd;
        int                 yes;
        struct sockaddr_in  addr;

        lfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
        if (lfd == -1) {
            perror("socket");
            return -1;
        }

        yes = 1;
        if (setsockopt(lfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR,
                       &yes, sizeof(yes)) == -1)
        {
            perror("setsockopt");
            close(lfd);
            return -1;
        }

        memset(&addr, 0, sizeof(addr));
        addr.sin_port = htons(listen_port);
        addr.sin_family = AF_INET;
        if (bind(lfd, (struct sockaddr *) &addr, sizeof(addr)) == -1) {
            perror("bind");
            close(lfd);
            return -1;
        }

        printf("accepting connections on port %d\n", listen_port);
        listen(lfd, 10);
        return lfd;
    }

    static int
    connect_socket(int connect_port, char *address)
    {
        int                 cfd;
        struct sockaddr_in  addr;

        cfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
        if (cfd == -1) {
            perror("socket");
            return -1;
        }

        memset(&addr, 0, sizeof(addr));
        addr.sin_port = htons(connect_port);
        addr.sin_family = AF_INET;

        if (!inet_aton(address, (struct in_addr *) &addr.sin_addr.s_addr)) {
            fprintf(stderr, "inet_aton(): bad IP address format\n");
            close(cfd);
            return -1;
        }

        if (connect(cfd, (struct sockaddr *) &addr, sizeof(addr)) == -1) {
            perror("connect()");
            shutdown(cfd, SHUT_RDWR);
            close(cfd);
            return -1;
        }
        return cfd;
    }

    #define SHUT_FD1 do {                                \
                         if (fd1 >= 0) {                 \
                             shutdown(fd1, SHUT_RDWR);   \
                             close(fd1);                 \
                             fd1 = -1;                   \
                         }                               \
                     } while (0)

    #define SHUT_FD2 do {                                \
                         if (fd2 >= 0) {                 \
                             shutdown(fd2, SHUT_RDWR);   \
                             close(fd2);                 \
                             fd2 = -1;                   \
                         }                               \
                     } while (0)

    #define BUF_SIZE 1024

    int
    main(int argc, char *argv[])
    {
        int      h;
        int      ready, nfds;
        int      fd1 = -1, fd2 = -1;
        int      buf1_avail = 0, buf1_written = 0;
        int      buf2_avail = 0, buf2_written = 0;
        char     buf1[BUF_SIZE], buf2[BUF_SIZE];
        fd_set   readfds, writefds, exceptfds;
        ssize_t  nbytes;

        if (argc != 4) {
            fprintf(stderr, "Usage\n\tfwd <listen-port> "
                    "<forward-to-port> <forward-to-ip-address>\n");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }

        signal(SIGPIPE, SIG_IGN);

        forward_port = atoi(argv[2]);

        h = listen_socket(atoi(argv[1]));
        if (h == -1)
            exit(EXIT_FAILURE);

        for (;;) {
            nfds = 0;

            FD_ZERO(&readfds);
            FD_ZERO(&writefds);
            FD_ZERO(&exceptfds);
            FD_SET(h, &readfds);
            nfds = max(nfds, h);

            if (fd1 > 0 && buf1_avail < BUF_SIZE)
                FD_SET(fd1, &readfds);
                /* Note: nfds is updated below, when fd1 is added to
                   exceptfds.  */
            if (fd2 > 0 && buf2_avail < BUF_SIZE)
                FD_SET(fd2, &readfds);

            if (fd1 > 0 && buf2_avail - buf2_written > 0)
                FD_SET(fd1, &writefds);
            if (fd2 > 0 && buf1_avail - buf1_written > 0)
                FD_SET(fd2, &writefds);

            if (fd1 > 0) {
                FD_SET(fd1, &exceptfds);
                nfds = max(nfds, fd1);
            }
            if (fd2 > 0) {
                FD_SET(fd2, &exceptfds);
                nfds = max(nfds, fd2);
            }

            ready = select(nfds + 1, &readfds, &writefds, &exceptfds, NULL);

            if (ready == -1 && errno == EINTR)
                continue;

            if (ready == -1) {
                perror("select()");
                exit(EXIT_FAILURE);
            }

            if (FD_ISSET(h, &readfds)) {
                socklen_t addrlen;
                struct sockaddr_in client_addr;
                int fd;

                addrlen = sizeof(client_addr);
                memset(&client_addr, 0, addrlen);
                fd = accept(h, (struct sockaddr *) &client_addr, &addrlen);
                if (fd == -1) {
                    perror("accept()");
                } else {
                    SHUT_FD1;
                    SHUT_FD2;
                    buf1_avail = buf1_written = 0;
                    buf2_avail = buf2_written = 0;
                    fd1 = fd;
                    fd2 = connect_socket(forward_port, argv[3]);
                    if (fd2 == -1)
                        SHUT_FD1;
                    else
                        printf("connect from %s\n",
                               inet_ntoa(client_addr.sin_addr));

                    /* Skip any events on the old, closed file
                       descriptors.  */

                    continue;
                }
            }

            /* NB: read OOB data before normal reads.  */

            if (fd1 > 0 && FD_ISSET(fd1, &exceptfds)) {
                char c;

                nbytes = recv(fd1, &c, 1, MSG_OOB);
                if (nbytes < 1)
                    SHUT_FD1;
                else
                    send(fd2, &c, 1, MSG_OOB);
            }
            if (fd2 > 0 && FD_ISSET(fd2, &exceptfds)) {
                char c;

                nbytes = recv(fd2, &c, 1, MSG_OOB);
                if (nbytes < 1)
                    SHUT_FD2;
                else
                    send(fd1, &c, 1, MSG_OOB);
            }
            if (fd1 > 0 && FD_ISSET(fd1, &readfds)) {
                nbytes = read(fd1, buf1 + buf1_avail,
                              BUF_SIZE - buf1_avail);
                if (nbytes < 1)
                    SHUT_FD1;
                else
                    buf1_avail += nbytes;
            }
            if (fd2 > 0 && FD_ISSET(fd2, &readfds)) {
                nbytes = read(fd2, buf2 + buf2_avail,
                              BUF_SIZE - buf2_avail);
                if (nbytes < 1)
                    SHUT_FD2;
                else
                    buf2_avail += nbytes;
            }
            if (fd1 > 0 && FD_ISSET(fd1, &writefds) && buf2_avail > 0) {
                nbytes = write(fd1, buf2 + buf2_written,
                               buf2_avail - buf2_written);
                if (nbytes < 1)
                    SHUT_FD1;
                else
                    buf2_written += nbytes;
            }
            if (fd2 > 0 && FD_ISSET(fd2, &writefds) && buf1_avail > 0) {
                nbytes = write(fd2, buf1 + buf1_written,
                               buf1_avail - buf1_written);
                if (nbytes < 1)
                    SHUT_FD2;
                else
                    buf1_written += nbytes;
            }

            /* Check if write data has caught read data.  */

            if (buf1_written == buf1_avail)
                buf1_written = buf1_avail = 0;
            if (buf2_written == buf2_avail)
                buf2_written = buf2_avail = 0;

            /* One side has closed the connection, keep
               writing to the other side until empty.  */

            if (fd1 < 0 && buf1_avail - buf1_written == 0)
                SHUT_FD2;
            if (fd2 < 0 && buf2_avail - buf2_written == 0)
                SHUT_FD1;
        }
        exit(EXIT_SUCCESS);
    }

Le programme ci-dessus redirige correctement la plupart des types de connexions TCP y compris les signaux de données hors bande OOB transmis par les serveurs telnet. Il gère le problème épineux des flux de données bidirectionnels simultanés. Vous pourriez penser qu'il est plus efficace d'utiliser un appel fork(2) et de dédier une tâche à chaque flux. Cela devient alors plus délicat que vous ne l'imaginez. Une autre idée est de configurer les entrées-sorties comme non bloquantes en utilisant fcntl(2). Cela pose également problème puisque ça vous force à utiliser des timeouts inefficaces.

Le programme ne gère pas plus d'une connexion à la fois bien qu'il soit aisément extensible à une telle fonctionnalité en utilisant une liste chaînée de tampons — un pour chaque connexion. Pour l'instant, de nouvelles connexions provoquent l'abandon de la connexion courante.

VOIR AUSSI
accept(2), connect(2), poll(2), read(2), recv(2), select(2), send(2), sigprocmask(2), write(2), epoll(7)

TRADUCTION
La traduction française de cette page de manuel a été créée par Christophe Blaess <https://www.blaess.fr/christophe/>, Stéphan Rafin <stephan.rafin@laposte.net>, Thierry Vignaud <tvignaud@mandriva.com>, François Micaux, Alain Portal <aportal@univ-montp2.fr>, Jean-Philippe Guérard <fevrier@tigreraye.org>, Jean-Luc Coulon (f5ibh) <jean-luc.coulon@wanadoo.fr>, Julien Cristau <jcristau@debian.org>, Thomas Huriaux <thomas.huriaux@gmail.com>, Nicolas François <nicolas.francois@centraliens.net>, Florentin Duneau <fduneau@gmail.com>, Simon Paillard <simon.paillard@resel.enst-bretagne.fr>, Denis Barbier <barbier@debian.org>, David Prévot <david@tilapin.org>, Cédric Boutillier <cedric.boutillier@gmail.com>, Frédéric Hantrais <fhantrais@gmail.com> et Jean-Philippe MENGUAL <jpmengual@debian.org>

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