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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 *restrict readfds,
fd_set *restrict writefds, fd_set *restrict exceptfds,
struct timeval *restrict 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 *restrict readfds,
fd_set *restrict writefds, fd_set *restrict exceptfds,
const struct timespec *restrict timeout,
const sigset_t *restrict sigmask);
Mit Glibc erforderliche Makros (siehe feature_test_macros(7)):
pselect():
_POSIX_C_SOURCE >= 200112L
BESCHREIBUNG
WARNUNG: select() kann nur Datei-Deskriptoren-Nummern überwachen, die kleiner als
FD_SETSIZE (1024) sind. Für viele moderen Anwendungen ist dies ein unangemessene kleine
Begrenzung, aber diese Einschränkung wird sich nicht ändern. Alle modernen Anwendungen
sollten stattdessen poll(2) oder epoll(7) verwenden, die dieser Beschränkung nicht
unterliegen.
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.
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.
Beachten Sie gut: Bei der Rückkehr wird jede der Dateideskriptor-Gruppen so verändert,
dass sie anzeigen, welche Datei-Deskriptoren derzeit »bereit« sind. Falls Sie daher
select() innerhalb einer Schleife verwenden, müssen die Gruppen vor jedem Aufruf neu
initialisiert werden.
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.
nfds Dieses Argument sollte auf die Nummer des am höchsten nummerierten Dateideskriptors
in allen drei Gruppen plus 1 gesetzt werden. Der gekennzeichnete Dateideskriptor in
jeder der drei Gruppen wird bis zu dieser Begrenzung geprüft (siehe aber FEHLER).
timeout
Das Argument timeout ist eine timeval-Struktur (nachfolgend beschrieben), welche
das Intervall angibt, 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 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 0 sind, kehrt select() sofort
zurück. (Das ist praktisch für Polling).
Falls timeout als NULL angegeben 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:
• select() verwendet für Wartezeiten ein struct timeval (mit Sekunden und Mikrosekunden),
während pselect() stattdessen ein struct timespec (mit Sekunden und Nanosekunden)
verwendet.
• Während select() das Argument timeout ändern darf, um die verbleibende Zeit anzugeben,
verändert pselect() dieses Argument nicht.
• Die Funktion select() hat keinen Parameter sigmask und verhält sich wie pselect, wenn
ihr für sigmask ein NULL-Zeiger übergeben wird.
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
EBADF In einer der Gruppen 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 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.
Korrespondenz zwischen den Benachrichtigungen select() und poll()
Innerhalb der Linux-Kernelquellen finden wir die folgenden Definitionen, 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 (EPOLLRDNORM | EPOLLRDBAND | EPOLLIN |
EPOLLHUP | EPOLLERR)
/* Bereit zum Lesen */
#define POLLOUT_SET (EPOLLWRBAND | EPOLLWRNORM | EPOLLOUT |
EPOLLERR)
/* Bereit zum Schreiben */
#define POLLEX_SET (EPOLLPRI)
/* 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 ein
anderer Prozess hat den Dateideskriptor zwischen dem Zeitpunkt, zu dem select()
zurückkehrte, und dem Zeitpunkt, zu der die E/A-Aktion stattfindet, 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 Dateideskriptor-Gruppen beliebiger Größe und bestimmt die Größe
der zu prüfenden Gruppen 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 Argument »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.
Geschichtliche Glibc-Details
Glibc 2.0 stellte eine inkorrekte Version von pselect() bereit, die das Argument sigmask
nicht akzeptierte.
In den Glibc-Versionen von 2.1 bis 2.2.1 musste _GNU_SOURCE definiert werden, um die
Deklaration von pselect() aus <sys/select.h> zu erhalten.
FEHLER
POSIX erlaubt einer Implementierung, eine oberer Begrenzung für den Bereich von
Dateideskriptoren, die in einer Dateideskriptor-Gruppe 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) oder epoll(7).
Die Implementierung der Argumente fd_set als Wert-Ergebnis-Argumente ist ein
Design-Fehler, der in poll(2) und epoll(7) vermieden wurde.
Laut POSIX sollte select() alle festgelegten Dateideskriptoren in den drei
Dateideskriptor-Gruppen bis zur Grenze nfds-1 prüfen. Allerdings ignoriert die aktuelle
Implementierung jeden Dateideskriptor in diesen Gruppen, der größer als die maximale
Dateideskriptorennummer ist, die der Prozess derzeit offen hat. Laut POSIX sollte jeder
solcher Dateideskriptoren, der in einer der drei Gruppen festgelegt ist, zu einem Fehler
EBADF führen.
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.
BEISPIELE
#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);
}
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 5.13 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>, Mario Blättermann <mario.blaettermann@gmail.com> und Helge
Kreutzmann <debian@helgefjell.de> erstellt.
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