SELECT(2)

NAZWA
select, pselect, FD_CLR, FD_ISSET, FD_SET, FD_ZERO - synchroniczne zwielokrotnianie wejście/wyjście

SKŁADNIA
/* Zgodnie z POSIX.1-2001 */
#include <sys/select.h>

/* Zgodnie z wcześniejszymi standardami */
#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);

Wymagane ustawienia makr biblioteki glibc (patrz feature_test_macros(7)):

pselect(): _POSIX_C_SOURCE >= 200112L || _XOPEN_SOURCE >= 600

OPIS
select() i pselect() umożliwiają programowi monitorowanie wielu deskryptorów plików i oczekiwanie aż jeden lub więcej deskryptorów będzie "gotowy" na wykonanie pewnej klasy operacji wejścia/wyjścia (np. możliwy odczyt). Deskryptor pliku jest uważany za gotowy, jeżeli możliwe jest wykonanie odpowiadającej operacji (np. read(2)) bez blokowania.

Funkcjonalność funkcji select() i pselect() jest identyczna, jeśli pominąć trzy różnice:

(i) Funkcja select() używa dla parametru timeout typu struct timeval (z sekundami i mikrosekundami), podczas gdy pselect() używa typu struct timespec (z sekundami i nanosekundami).

(ii)
    Funkcja select() może aktualizować parametr timeout, aby wskazać, jak dużo czasu minęło. Funkcja pselect() nie zmienia tego parametru.

(iii)
    Funkcja select() nie przyjmuje parametru sigmask i zachowuje się, jak pselect() wywołane z NULL-em przekazanym w sigmask.

Podglądane są trzy niezależne zestawy deskryptorów. Te, które są wymienione w readfds, będą obserwowane w celu dowiedzenia się, czy nie ma tam jakichś znaków dostępnych do czytania (dokładniej, aby dowiedzieć się, czy read nie spowoduje zablokowania, deskryptor pliku jest również przygotowany na koniec pliku). Deskryptory wymienione w writefds będą obserwowane w celu dowiedzenia się, czy zapis nie spowoduje blokady, a deskryptory wymienione w exceptfds będą obserwowane w celu dowiedzenia się, czy nie ma na nich wyjątku. Przy wyjściu, zbiory te są modyfikowane, wskazując, które z deskryptorów zmieniły status. Każdy z tych trzech zbiorów deskryptorów plików może być przekazany jako NULL, jeżeli dla żadnego deskryptora pliku na ma potrzeby obserwowania odpowiedniej klasy zdarzeń.

Do obsługi tych zbiorów udostępnione są cztery makra: FD_ZERO() czyści zbiór; FD_SET() i FD_CLR() dodają lub usuwają ze zbioru podany deskryptor; FD_ISSET() sprawdza, czy deskryptor jest częścią zbioru. Jest to przydatne po zakończeniu select().

nfds jest najwyższym numerem deskryptora z wszystkich trzech zbiorów plus 1.

Argument timeout określa interwał, który powinien blokować select(), czekając na gotowość deskryptora plików. Wywołanie będzie skutkowało blokadą do momentu aż:

*   deskryptor pliku stanie się dostępny

*   lub wywołanie zostanie przerwane procedurą obsługi sygnału

*   albo wywołanie przeterminuje się

Proszę zauważyć, że interwał zostanie zaokrąglony w górę do dokładności zegara, a występowanie opóźnienia planisty jądra oznacza, że ten interwał może być nieznacznie przekroczony. Jeśli oba pola struktury timeval mają wartość zero, select() zakończy pracę natychmiast jest to przydatne w uwspólnianiu). Jeśli timeout jest równe NULL (brak czasu przeterminowania), select() może blokować w nieskończoność.

sigmask jest wskaźnikiem do maski sygnałów (zobacz sigprocmask(2)). Jeśli nie jest równe NULL, to pselect() najpierw zastępuje bieżącą maskę sygnałów maską wskazywaną przez sigmask, a następnie wywołuje funkcję "select", a po jej zakończeniu odtwarza oryginalną maskę sygnałów.

Poza różnicą w precyzji argumentu timeout, następujące wywołanie pselect():

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

jest odpowiednikiem niepodzielnego wykonania następujących funkcji:

    sigset_t origmask;

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

Idea pselect() polega na tym, że gdy chce się oczekiwać na zdarzenie będące sygnałem lub czymś na deskryptorze pliku, potrzebny jest atomowy test zapobiegający sytuacjom wyścigu. (Przypuśćmy, że procedura obsługi sygnału ustawia globalny znacznik i kończy działanie. Wówczas, test tego znacznika globalnego, po którym następuje wywołanie select() może wisieć w nieskończoność, gdyby sygnał przybył natychmiast po teście, ale przed wywołaniem. Inaczej mówiąc, pselect zezwala na, najpierw, zablokowanie sygnałów, następnie obsłużenie dostarczonych sygnałów, aby wreszcie wywołać pselect() z pożądanym sigmask, unikając wyścigu).

  Przeterminowanie
Struktury czasu, których to dotyczy, są zdefiniowane w <sys/time.h> i wyglądają następująco

struct timeval {
    long    tv_sec;         /* sekundy */
    long    tv_usec;        /* mikrosekundy */
};

i

struct timespec {
    long    tv_sec;         /* sekundy */
    long    tv_nsec;        /* nanosekundy */
};

(Jednakże zobacz poniżej uwagi dotyczące POSIX.1-2001).

Niektóre programy wywołują select() z wszystkimi trzema zbiorami pustymi, z nfds równym zeru i niezerowym timeout. Jest to całkiem przenośny sposób pauzowania z dokładnością subsekundową.

Pod Linuksem funkcja select() modyfikuje timeout, aby odzwierciedlić ilość nieprzespanego czasu; większość innych implementacji tego nie robi (POSIX.1-2001 dopuszcza oba te zachowania). Powoduje to problemy, zarówno gdy kod linuksowy odczytujący timeout zostanie przeniesiony na inne systemy operacyjne, jak i gdy kod przeniesiony pod Linuksa z innych systemów używa ponownie struktury timeval dla wielu wywołań select() w pętli, bez powtórnej inicjacji. Prosimy rozważyć traktowanie wartości timeout jako niezdefiniowanej po zakończeniu funkcji select().

WARTOŚĆ ZWRACANA
Po pomyślnym zakończeniu, select() i pselect() zwracają liczbę deskryptorów w zbiorach deskryptorów (to jest całkowitę liczbę bitów ustawioną w readfds, writefds, exceptfds). Może ona być zerowa, jeśli nastąpi przeterminowanie, nim coś ciekawego się zdarzy. Po błędzie, zwracane jest -1 i odpowiednio ustawiane errno aby wskazać błąd; zbiory deskryptorów nie są modyfikowane, a timeout staje się niezdefiniowane.

BŁĘDY

EBADF
    W jednym ze zbiorów przekazano niepoprawny deskryptor pliku (Być może deskryptor ten został już zamknięty lub wystąpił na nim inny błąd).

EINTR
    Przechwycono sygnał, patrz signal(7).

EINVAL
    nfds jest ujemne lub wartość timeout jest nieprawidłowa.

ENOMEM
    nie można było przydzielić pamięci dla wewnętrznych tablic.

WERSJE
pselect() został dodany w wersji 2.6.16 jądra Linuksa. Wcześniej pselect() był emulowany w glibc (patrz również BŁĘDY IMPLEMENTACJI).

ZGODNE Z
select() jest zgodny z POSIX.1-2001 i BSD 4.4 (funkcja select() pojawiła się pierwotnie w BSD 4.2). W ogólności jest przenośne do/z systemów nie-BSD wspierających sklonowaną warstwę gniazd BSD (włączając warianty Systemu V). Jednakże należy zauważyć, że warianty Systemu V zasadniczo ustawiają zmienną timeout przed zakończeniem, ale wariant BSD tego nie robi.

pselect() jest zdefiniowany w POSIX.1g i w POSIX.1-2001.

UWAGI
fd_set jest buforem o stałym rozmiarze. Wykonanie FD_CLR() lub FD_SET() z ujemną wartością fd albo z wartością większą lub równą FD_SETSIZE spowoduje zachowanie niezdefiniowane. Ponadto POSIX wymaga, by fd był prawidłowym deskryptorem pliku.

Jeśli chodzi o używane typy, klasyczna sytuacja polega na tym, że oba pola struktury timeval są typu long (jak pokazano powyżej), a sama struktura jest zdefiniowana w <sys/time.h>. W POSIX.1-2001 wygląda to następująco:

struct timeval {
    time_t         tv_sec;     /* sekundy */
    suseconds_t    tv_usec;    /* mikrosekundy */
};

przy czym struktura jest zdefiniowana w <sys/select.h>, a typy time_t i suseconds_t zdefiniowano w <sys/types.h>.

Jeśli chodzi o prototypy opisywanych funkcji, to klasyczna sytuacja polega na tym, że dla select() należy włączyć <time.h>, natomiast sytuacja z POSIX 1003.1-2001 polega na tym, że dla select() i pselect() należy włączyć <sys/select.h>.

W glibc 2.0 <sys/select.h> udostępnia bezwarunkowo błędny prototyp dla pselect(). W glibc 2.1 aż do 2.2.1 udostępnia on pselect(), jeżeli zdefiniowane jest _GNU_SOURCE. Od glibc 2.2.2 wymagania są takie, jak pokazano powyżej w rozdziale SKŁADNIA.

  Aplikacje wielowątkowe
Jeśli deskryptor plików monitorowany przez select() zostanie zamknięty w innym wątku, to rezultat jest nieokreślony. Na niektórych systemach uniksowych select() odblokuje go i powróci wskazując, że dany deskryptor plików jest gotowy (kolejne operacje wyjścia/wyjścia prawdopodobnie zakończą się błędem, chyba że otwarty zostanie inny deskryptor plików w czasie pomiędzy powrotem select() a wykonanie operacji wejścia/wyjścia. W systemie Linux (i części innych) zamknięcie deskryptora pliku w innym wątku nie wpłynie na select(). Podsumowując, każda aplikacja polegająca na konkretnym zachowaniu w takim przypadku musi być uznana za błędną.

  Różnice ABI biblioteki C/jądra
Interfejs pselect() opisany w niniejszym podręczniku jest zaimplementowany w glibc. Stojące za nim linuksowe wywołanie systemowe nazywa się pselect6(). Cechuje go nieco inne zachowanie od opisywanej funkcji opakowującej glibc.

Wywołanie systemowe pselect6() pod Linuksem modyfikuje argument timeout. Jednakże funkcja glibc ukrywa to zachowanie przez użycie dla argumentu timeout lokalnej zmiennej, która jest przekazywana do wywołania systemowego. Dlatego pselect() z glibc nie zmienia argumentu timeout, co jest zachowaniem wymaganym przez POSIX.1-2001.

Ostatnim argumentem wywołania systemowego pselect6() nie jest wskaźnik sigset_t * lecz struktura postaci:

struct {
    const sigset_t *ss;     /* Pointer to signal set */
    size_t          ss_len; /* Size (in bytes) of object pointed
                               to by 'ss' */
};

Pozwala to wywołaniu systemowemu pobrać oba wskaźniki do zestawu sygnałowego wraz z rozmiarem, biorąc pod uwagę, że większość architektur obsługuje maksymalnie 6 argumentów do wywołania systemowego.

BŁĘDY IMPLEMENTACJI
Glibc 2.0 dostarczała wersję pselect(), która nie przyjmowała argumentu sigmask.

Od wersji 2.1 glibc dostarczał emulację pselect(), która była zaimplementowana przy użyciu sigprocmask(2) i select(). Implementacja ta pozostaje podatna na wiele błędów wyścigów (race conditions), których uniknięcie stanowiło ideę funkcji pselect(). Nowsze wersje glibc używają (wolnego od wyścigów) wywołania systemowego, jeśli tylko jądro dostarcza takiego wywołania.

W systemach, które nie mają pselect() niezawodne (i bardziej przenośne) przechwytywanie sygnałów można osiągnąć, używając sztuczki w postaci "potoku do siebie". W tej technice procedura obsługi sygnału zapisuje bajt do potoku, którego drugi koniec jest monitorowany przez select() w głównym programie. Aby uniknąć możliwego zablokowania przy pisaniu do potoku który może być pełny lub czytaniu z potoku który może być pusty, przy czytaniu z i pisaniu do potoku używane jest nieblokujące wejście/wyjście.

Pod Linuksem select() może raportować deskryptory plików gniazd jako "dostępne do czytania", podczas gdy kolejne czytania zostaną zablokowane. Może to się zdarzyć na przykład wtedy, gdy dane nadeszły, ale podczas sprawdzania okazało się, że mają złą sumę kontrolną i zostały odrzucone. Mogą wystąpić także inne sytuacje, w których deskryptor pliku jest błędnie raportowany jako gotowy. Dlatego używanie O_NONBLOCK na gniazdach, które nie powinny się blokować może być bezpieczniejsze.

Pod Linuksem wywołanie select() zmienia wartość timeout także wtedy, gdy zostanie przerwane przez procedurę obsługi sygnału (tj. zostanie zwrócony błąd EINTR). POSIX.1-2001 nie pozwala na takie zachowanie. Wywołanie systemowe pselect() pod Linuksem zachowuje się tak samo, ale funkcja opakowująca biblioteki glibc ukrywa to zachowanie, kopiując wartość timeout do wewnętrznej lokalnej zmiennej i przekazując tę zmienną do wywołania systemowego.

PRZYKŁAD
#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;

    /* Obserwacja stdin (fd 0) i sprawdzanie kiedy ma wejście. */
    FD_ZERO(&rfds);
    FD_SET(0, &rfds);

    /* Czekanie nie dłużej niż 5 sekund. */
    tv.tv_sec = 5;
    tv.tv_usec = 0;

    retval = select(1, &rfds, NULL, NULL, &tv);
    /* Nie należy już polegać na wartości tv! */

    if (retval == -1)
        perror("select()");
    else if (retval)
        printf("Dane są już dostępne.\n");
        /* FD_ISSET(0, &rfds) będzie prawdziwy. */
    else
        printf("Brak danych w ciągu 5 sekund.\n");

    exit(EXIT_SUCCESS);
}

ZOBACZ TAKŻE
accept(2), connect(2), poll(2), read(2), recv(2), send(2), sigprocmask(2), write(2), epoll(7), time(7)

Samouczek z dyskusją i przykładami znajduje się w select_tut(2).

O STRONIE
Angielska wersja tej strony pochodzi z wydania 3.71 projektu Linux man-pages. Opis projektu, informacje dotyczące zgłaszania błędów, oraz najnowszą wersję oryginału można znaleźć pod adresem http://www.kernel.org/doc/man-pages/.

TŁUMACZENIE
Autorami polskiego tłumaczenia niniejszej strony podręcznika man są: Przemek Borys (PTM) <pborys@dione.ids.pl>, Robert Luberda <robert@debian.org> i Michał Kułach <michal.kulach@gmail.com>.

Polskie tłumaczenie jest częścią projektu manpages-pl; uwagi, pomoc, zgłaszanie błędów na stronie http://sourceforge.net/projects/manpages-pl/. Jest zgodne z wersją 3.71 oryginału.