SELECT_TUT(2)

NOM
select, pselect, FD_CLR, FD_ISSET, FD_SET, FD_ZERO - Multiplexage d'entrées-sorties synchrones

SYNOPSIS
/* D'après POSIX.1-2001 */
#include <sys/select.h>

/* D'après les standards précédents */
#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 *utimeout);

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 *ntimeout,
            const sigset_t *sigmask);

Exigences de macros de test de fonctionnalités pour la glibc (consultez feature_test_macros(7)) :

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

DESCRIPTION
select() (ou pselect()) est utilisé 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. Ses paramètres principaux sont trois « ensembles » de descripteurs de fichiers : readfds, writefds et exceptfds. Chaque ensemble est de type fd_set, et son contenu peut être manipulé avec les macros FD_CLR(), FD_ISSET(), FD_SET(), et FD_ZERO(). Un ensemble nouvellement déclaré doit d'abord être effacé en utilisant FD_ZERO(). select() modifie le contenu de ces ensembles selon les règles ci-dessous. Après un appel à select(), vous pouvez vérifier si un descripteur de fichier est toujours présent dans l'ensemble à l'aide de la macro FD_ISSET(). FD_ISSET() renvoie une valeur non nulle si un descripteur de fichier indiqué est présent dans un ensemble et zéro s'il ne l'est pas. FD_CLR() retire un descripteur de fichier d'un ensemble.

  Arguments

readfds
    Cet ensemble est examiné afin de déterminer si des données sont disponibles en lecture à partir d'un de ses descripteurs de fichier. Suite à un appel à select(), readfds ne contient plus aucun de ses descripteurs de fichiers à l'exception de ceux qui sont immédiatement disponibles pour une lecture.

writefds
    Cet ensemble est examiné afin de déterminer s'il y a de l'espace afin d'écrire des données dans un de ses descripteurs de fichier. Suite à un appel à select(), writefds ne contient plus aucun de ses descripteurs de fichiers à l'exception de ceux qui sont immédiatement disponibles pour une écriture.

exceptfds
    Cet ensemble est examiné pour des « conditions exceptionnelles ». En pratique, seule une condition exceptionnelle est courante : la disponibilité de données hors-bande (OOB : Out Of Band) en lecture sur une socket TCP. Consultez recv(2), send(2) et tcp(7) pour plus de détails sur les données hors bande. Un autre cas moins courant dans lequel select(2) indique une condition exceptionnelle survient avec des pseudoterminaux en mode paquet ; consultez tty_ioctl(4).) Suite à un appel à select(), exceptfds ne contient plus aucun de ses descripteurs de fichier à l'exception de ceux pour lesquels une condition exceptionnelle est survenue.

nfds
    Il s'agit d'un entier valant un de plus que n'importe lequel des descripteurs de fichier de tous les ensembles. En d'autres termes, lorsque vous ajoutez des descripteurs de fichier à chacun des ensembles, vous devez déterminer la valeur entière maximale de tous ces derniers, puis ajouter un à cette valeur, et la passer comme paramètre nfds.

utimeout
    Il s'agit du temps le plus long que select() pourrait attendre avant de rendre la main, même si rien d'intéressant n'est arrivé. Si cette valeur est positionnée à NULL, alors, select() bloque indéfiniment dans l'attente qu'un descripteur de fichier devienne prêt. utimeout peut être positionné à zéro seconde, ce qui provoque le retour immédiat de select(), en indiquant quels descripteurs de fichiers étaient prêts au moment de l'appel. La structure struct timeval est définie comme :

    struct timeval {
        time_t tv_sec;    /* secondes */
        long tv_usec;     /* microsecondes */
    };

ntimeout
    Ce paramètre de pselect() a la même signification que utimeout, mais struct timespec a une précision à la nanoseconde comme explicité ci-dessous :

    struct timespec {
        long tv_sec;    /* secondes */
        long tv_nsec;   /* nanosecondes */
    };

sigmask
    Cet argument renferme un ensemble de signaux que le noyau doit débloquer (c'est-à-dire supprimer du masque de signaux du thread appelant) pendant que l'appelant est bloqué par pselect() (consultez sigaddset(3) et sigprocmask(2)). Il peut valoir NULL et, dans ce cas, il ne modifie pas l'ensemble des signaux non bloqués à l'entrée et la sortie de la fonction. Dans ce cas, pselect() se comporte alors de façon identique à select().

  Combinaison d'événements de signaux et de données
pselect() est utile si vous attendez un signal ou qu'un descripteur de fichier deviennent prêt 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 est 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 être reçus que durant l'appel à pselect(). Par exemple, disons que l'événement en question est la fin d'un processus fils. 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 */
        /* Initialiser readfds, writefds et exceptfds
           avant l'appel à pselect(). (Code omis.) */
        r = pselect(nfds, &readfds, &writefds, &exceptfds,
                    NULL, &empty_mask);
        if (r == -1 && errno != EINTR) {
            /* Gérer les erreurs */
        }
        if (got_SIGCHLD) {
            got_SIGCHLD = 0;
            /* Gérer les événements signalés ici; e.g., wait() pour
               que tous les fils se terminent. (Code omis.) */
        }
        /* corps principal du programme */
    }
}

  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 fonctions read(2), recv(2), write(2) et send(2) tout comme l'appel select() peuvent renvoyer -1 avec errno positionné à EINTR ou EAGAIN (EWOULDBLOCK) ce qui ne relève pas d'une erreur. 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 l'une des fonctions read(2), recv(2), write(2) et send(2) échoue 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.

  Émulation de usleep
Sur les systèmes qui ne possèdent pas la fonction usleep(3), vous pouvez appeler select() avec un timeout à valeur finie et sans descripteur de fichier de la façon suivante :

    struct timeval tv;
    tv.tv_sec = 0;
    tv.tv_usec = 200000;  /* 0.2 secondes */
    select(0, NULL, NULL, NULL, &tv);

Le fonctionnement n'est cependant garanti que sur les systèmes UNIX.

VALEUR RENVOYÉE
En cas de succès, select() renvoie le nombre total de descripteurs de fichiers encore présents dans les ensembles de descripteurs de fichier. En cas de timeout échu, alors les descripteurs de fichier devraient tous être vides (mais peuvent ne pas l'être sur certains systèmes). Par contre, la valeur renvoyée est zéro. Une valeur de retour égale à -1 indique une erreur, errno est alors positionné de façon adéquate. En cas d'erreur, le contenu des ensembles renvoyés et le contenu de la structure de timeout sont indéfinis et ne devraient pas être exploités. pselect() ne modifie cependant jamais ntimeout.

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.

EXEMPLE
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 <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <errno.h>
static int forward_port;
#undef max
#define max(x,y) ((x) > (y) ? (x) : (y))
static int
listen_socket(int listen_port)
{
    struct sockaddr_in a;
    int s;
    int yes;
    if ((s = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {
        perror("socket");
        return -1;
    }
    yes = 1;
    if (setsockopt(s, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR,
            (char *) &yes, sizeof(yes)) == -1) {
        perror("setsockopt");
        close(s);
        return -1;
    }
    memset(&a, 0, sizeof(a));
    a.sin_port = htons(listen_port);
    a.sin_family = AF_INET;
    if (bind(s, (struct sockaddr *) &a, sizeof(a)) == -1) {
        perror("bind");
        close(s);
        return -1;
    }
    printf("accepting connections on port %d\n", listen_port);
    listen(s, 10);
    return s;
}
static int
connect_socket(int connect_port, char *address)
{
    struct sockaddr_in a;
    int s;
    if ((s = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {
        perror("socket");
        close(s);
        return -1;
    }
    memset(&a, 0, sizeof(a));
    a.sin_port = htons(connect_port);
    a.sin_family = AF_INET;
    if (!inet_aton(address, (struct in_addr *) &a.sin_addr.s_addr)) {
        perror("bad IP address format");
        close(s);
        return -1;
    }
    if (connect(s, (struct sockaddr *) &a, sizeof(a)) == -1) {
        perror("connect()");
        shutdown(s, SHUT_RDWR);
        close(s);
        return -1;
    }
    return s;
}
#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 fd1 = -1, fd2 = -1;
    char buf1[BUF_SIZE], buf2[BUF_SIZE];
    int buf1_avail, buf1_written;
    int buf2_avail, buf2_written;
    if (argc != 4) {
        fprintf(stderr, "Utilisation\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 (;;) {
        int r, nfds = 0;
        fd_set rd, wr, er;
        FD_ZERO(&rd);
        FD_ZERO(&wr);
        FD_ZERO(&er);
        FD_SET(h, &rd);
        nfds = max(nfds, h);
        if (fd1 > 0 && buf1_avail < BUF_SIZE) {
            FD_SET(fd1, &rd);
            nfds = max(nfds, fd1);
        }
        if (fd2 > 0 && buf2_avail < BUF_SIZE) {
            FD_SET(fd2, &rd);
            nfds = max(nfds, fd2);
        }
        if (fd1 > 0 && buf2_avail - buf2_written > 0) {
            FD_SET(fd1, &wr);
            nfds = max(nfds, fd1);
        }
        if (fd2 > 0 && buf1_avail - buf1_written > 0) {
            FD_SET(fd2, &wr);
            nfds = max(nfds, fd2);
        }
        if (fd1 > 0) {
            FD_SET(fd1, &er);
            nfds = max(nfds, fd1);
        }
        if (fd2 > 0) {
            FD_SET(fd2, &er);
            nfds = max(nfds, fd2);
        }
        r = select(nfds + 1, &rd, &wr, &er, NULL);
        if (r == -1 && errno == EINTR)
            continue;
        if (r == -1) {
            perror("select()");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
        if (FD_ISSET(h, &rd)) {
            unsigned int l;
            struct sockaddr_in client_address;
            memset(&client_address, 0, l = sizeof(client_address));
            r = accept(h, (struct sockaddr *) &client_address, &l);
            if (r == -1) {
                perror("accept()");
            } else {
                SHUT_FD1;
                SHUT_FD2;
                buf1_avail = buf1_written = 0;
                buf2_avail = buf2_written = 0;
                fd1 = r;
                fd2 = connect_socket(forward_port, argv[3]);
                if (fd2 == -1)
                    SHUT_FD1;
                else
                    printf("connexion de %s\n",
                            inet_ntoa(client_address.sin_addr));
            }
        }
        /* NB : lecture des données hors bande avant les lectures normales */
        if (fd1 > 0)
            if (FD_ISSET(fd1, &er)) {
                char c;
                r = recv(fd1, &c, 1, MSG_OOB);
                if (r < 1)
                    SHUT_FD1;
                else
                    send(fd2, &c, 1, MSG_OOB);
            }
        if (fd2 > 0)
            if (FD_ISSET(fd2, &er)) {
                char c;
                r = recv(fd2, &c, 1, MSG_OOB);
                if (r < 1)
                    SHUT_FD2;
                else
                    send(fd1, &c, 1, MSG_OOB);
            }
        if (fd1 > 0)
            if (FD_ISSET(fd1, &rd)) {
                r = read(fd1, buf1 + buf1_avail,
                          BUF_SIZE - buf1_avail);
                if (r < 1)
                    SHUT_FD1;
                else
                    buf1_avail += r;
            }
        if (fd2 > 0)
            if (FD_ISSET(fd2, &rd)) {
                r = read(fd2, buf2 + buf2_avail,
                          BUF_SIZE - buf2_avail);
                if (r < 1)
                    SHUT_FD2;
                else
                    buf2_avail += r;
            }
        if (fd1 > 0)
            if (FD_ISSET(fd1, &wr)) {
                r = write(fd1, buf2 + buf2_written,
                           buf2_avail - buf2_written);
                if (r < 1)
                    SHUT_FD1;
                else
                    buf2_written += r;
            }
        if (fd2 > 0)
            if (FD_ISSET(fd2, &wr)) {
                r = write(fd2, buf1 + buf1_written,
                           buf1_avail - buf1_written);
                if (r < 1)
                    SHUT_FD2;
                else
                    buf1_written += r;
            }
        /* Vérifie si l'écriture de données a rattrapé la lecture de données */
        if (buf1_written == buf1_avail)
            buf1_written = buf1_avail = 0;
        if (buf2_written == buf2_avail)
            buf2_written = buf2_avail = 0;
        /* une extrémité a fermé la connexion, continue
           d'écrire vers l'autre extrémité jusqu'à ce
           que ce soit vide */
        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), ioctl(2), poll(2), read(2), recv(2), select(2), send(2), sigprocmask(2), write(2), sigaddset(3), sigdelset(3), sigemptyset(3), sigfillset(3), sigismember(3), epoll(7)

COLOPHON
Cette page fait partie de la publication 3.40 du projet man-pages Linux. Une description du projet et des instructions pour signaler des anomalies peuvent être trouvées à l'adresse <URL:http://www.kernel.org/doc/man-pages/>.

TRADUCTION
Depuis 2010, cette traduction est maintenue à l'aide de l'outil po4a <URL:http://po4a.alioth.debian.org/> par l'équipe de traduction francophone au sein du projet perkamon <URL:http://perkamon.alioth.debian.org/>.

Stéphan Rafin (2002), Alain Portal <URL:http://manpagesfr.free.fr/> (2006). Julien Cristau et l'équipe francophone de traduction de Debian (2006-2009).

Veuillez signaler toute erreur de traduction en écrivant à <perkamon-fr@traduc.org>.

Vous pouvez toujours avoir accès à la version anglaise de ce document en utilisant la commande « LC_ALL=C man <section> <page_de_man> ».