socket编程之select相关

FD_ZERO，FD_ISSET这些都是套节字结合操作宏 
看看MSDN上的select函数, 
这是在select   io   模型中的核心,用来管理套节字IO的,避免出现无辜锁定. 
int   select(     int   nfds,fd_set   FAR   *readfds,     fd_set   FAR   *writefds,                             
    fd_set   FAR   *exceptfds,                 
    const   struct   timeval   FAR   *timeout     
); 
第一个参数不管,是兼容目的,最后的是超时标准,select是阻塞操作 
当然要设置超时事件. 
接着的三个类型为fd_set的参数分别是用于检查套节字的可读性,可写性,和列外数据性质. 

我举个例子 
比如recv(),   在没有数据到来调用它的时候,你的线程将被阻塞 
如果数据一直不来,你的线程就要阻塞很久.这样显然不好. 
所以采用select来查看套节字是否可读(也就是是否有数据读了) 
步骤如下 
socket   s; 
..... 
fd_set   set; 
while(1) 
{     
    FD_ZERO(&set);//将你的套节字集合清空 
    FD_SET(s,   &set);//加入你感兴趣的套节字到集合,这里是一个读数据的套节字s 
    select(0,&set,NULL,NULL,NULL);//检查套节字是否可读, 
                                                      //很多情况下就是是否有数据(注意,只是说很多情况) 
                                                      //这里select是否出错没有写 
    if(FD_ISSET(s,   &set)   //检查s是否在这个集合里面, 
    {                                           //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉 
                                                //只保留符合条件的套节字在这个集合里面 
                                
            recv(s,...); 
    
    } 
    //do   something   here 
}

 

select()函数主要是建立在fd_set类型的基础上的。fd_set（它比较重要所以先介绍一下）是一组文件描述字(fd)的集合，它用一位来表示一个fd（下面会仔细介绍），对于fd_set类型通过下面四个宏来操作：

    fd_set set;

    FD_ZERO(&set);     

    FD_SET(fd, &set);  

    FD_CLR(fd, &set);  

    FD_ISSET(fd, &set);       

过去，一个fd_set通常只能包含<32的fd（文件描述字），因为fd_set其实只用了一个32位矢量来表示fd；现在,UNIX系统通常会在头文件<sys/select.h>中定义常量FD_SETSIZE，它是数据类型fd_set的描述字数量，其值通常是1024，这样就能表示<1024的fd。根据fd_set的位矢量实现，我们可以重新理解操作fd_set的四个宏：

    fd_set set;

FD_ZERO(&set);    

FD_SET(0, &set);  

FD_CLR(4, &set);    

FD_ISSET(5, &set);  

―――――――――――――――――――――――――――――――――――――――

注意fd的最大值必须<FD_SETSIZE。

―――――――――――――――――――――――――――――――――――――――

select函数的接口比较简单：

int select(int nfds, fd_set *readset, fd_set *writeset,

fd_set* exceptset, struct tim *timeout);

功能：

测试指定的fd可读？可写？有异常条件待处理？    

参数：

nfds   

需要检查的文件描述字个数（即检查到fd_set的第几位），数值应该比三组fd_set中所含的最大fd值更大，一般设为三组fd_set中所含的最大fd值加1（如在readset,writeset,exceptset中所含最大的fd为5，则nfds=6，因为fd是从0开始的）。设这个值是为提高效率，使函数不必检查fd_set的所有1024位。

readset  

用来检查可读性的一组文件描述字。

writeset

用来检查可写性的一组文件描述字。

exceptset

用来检查是否有异常条件出现的文件描述字。(注：错误不包括在异常条件之内)

timeout

有三种可能：

1.    timeout=NULL（阻塞：直到有一个fd位被置为1函数才返回）

2.    timeout所指向的结构设为非零时间（等待固定时间：有一个fd位被置为1或者时间耗尽，函数均返回）

3.    timeout所指向的结构，时间设为0（非阻塞：函数检查完每个fd后立即返回）

返回值：    

返回对应位仍然为1的fd的总数。

Remarks：

三组fd_set均将某些fd位置0，只有那些可读，可写以及有异常条件待处理的fd位仍然为1。

使用select函数的过程一般是：

先调用宏FD_ZERO将指定的fd_set清零，然后调用宏FD_SET将需要测试的fd加入fd_set，接着调用函数select测试fd_set中的所有fd，最后用宏FD_ISSET检查某个fd在函数select调用后，相应位是否仍然为1。

以下是一个测试单个文件描述字可读性的例子：

     int isready(int fd)

     {

         int rc;

         fd_set fds;

         struct tim tv;   

         FD_ZERO(&fds);

         FD_SET(fd,&fds);

         tv.tv_sec = tv.tv_usec = 0;   

         rc = select(fd+1, &fds, NULL, NULL, &tv);

         if (rc < 0)   //error

         return -1;   

         return FD_ISSET(fd,&fds) ? 1 : 0;

     }

下面还有一个复杂一些的应用：

//这段代码将指定测试Socket的描述字的可读可写性，因为Socket使用的也是fd

uint32 SocketWait(TSocket *s,bool rd,bool wr,uint32 timems)   

{

     fd_set rfds,wfds;

#ifdef _WIN32

     TIM tv;

#else

     struct tim tv;

#endif   

     FD_ZERO(&rfds);

     FD_ZERO(&wfds);

     if (rd)     //TRUE

     FD_SET(*s,&rfds);   //添加要测试的描述字

     if (wr)     //FALSE

       FD_SET(*s,&wfds);

     tv.tv_sec=timems/1000;     //second

     tv.tv_usec=timems%1000;     //ms

     for (;;) //如果errno==EINTR，反复测试缓冲区的可读性

          switch(select((*s)+1,&rfds,&wfds,NULL,

              (timems==TIME_INFINITE?NULL:&tv)))  //测试在规定的时间内套接口接收缓冲区中是否有数据可读

         {                                              //0－－超时，-1－－出错

         case 0:   

              return 0;

         case (-1):  

              if (SocketError()==EINTR)

                   break;             

              return 0; //有错但不是EINTR

          default:

              if (FD_ISSET(*s,&rfds)) //如果s是fds中的一员返回非0，否则返回0

                   return 1;

              if (FD_ISSET(*s,&wfds))

                   return 2;

              return 0;

         };

}

 

select函数：   
          系统提供select函数来实现多路复用输入/输出模型。原型：   
        #include   <sys/time.h>   
        #include   <unistd.h>   
      
select函数：   
          系统提供select函数来实现多路复用输入/输出模型。原型：   
        #include   <sys/time.h>   
        #include   <unistd.h>   
        int   select(int   maxfd,fd_set   *rdset,fd_set   *wrset,fd_set   *exset,struct   timeval   *timeout);   
          参数maxfd是需要监视的最大的文件描述符值+1；rdset,wrset,exset分别对应于需要检测的可读文件描述符的集合，可写文件描述符的集合及异常文件描述符的集合。struct   timeval结构用于描述一段时间长度，如果在这个时间内，需要监视的描述符没有事件发生则函数返回，返回值为0。     
  FD_ZERO,FD_SET,FD_CLR,FD_ISSET:           参数maxfd是需要监视的最大的文件描述符值+1；rdset,wrset,exset分别对应于需要检测的可读文件描述符的集合，可写文件描述符的集合及异常文件描述符的集合。struct   timeval结构用于描述一段时间长度，如果在这个时间内，需要监视的描述符没有事件发生则函数返回，返回值为0。     
  FD_ZERO,FD_SET,FD_CLR,FD_ISSET:   
        FD_ZERO(fd_set   *fdset);将指定的文件描述符集清空，在对文件描述符集合进行设置前，必须对其进行初始化，如果不清空，由于在系统分配内存空间后，通常并不作清空处理，所以结果是不可知的。   
        FD_SET(fd_set   *fdset);用于在文件描述符集合中增加一个新的文件描述符。   
        FD_CLR(fd_set   *fdset);用于在文件描述符集合中删除一个文件描述符。   
        FD_ISSET(int   fd,fd_set   *fdset);用于测试指定的文件描述符是否在该集合中。   
  struct   timeval结构：   
        struct   timeval{   
        long   tv_sec;//second   
        long   tv_usec;//minisecond   
  }   
  timeout设置情况：   
        null:select将一直被阻塞，直到某个文件描述符上发生了事件。   
        0：仅检测描述符集合的状态，然后立即返回，并不等待外部事件的发生。   
        特定的时间值：如果在指定的时间段里没有事件发生，select将超时返回。

 

Select函数应用

　　Select在Socket编程中还是比较重要的，可是对于初学Socket的人来说都不太爱用Select写程序，他们只是习惯写诸如

　　connect、accept、recv或recvfrom这样的阻塞程序（所谓阻塞方式block，顾名思义，就是进程或是线程执行到这些函数时必须等

　　待某个事件的发生，如果事件没有发生，进程或线程就被阻塞，函数不能立即返回）。

　　可是使用Select就可以完成非阻塞（所谓非阻塞方式non-

　　block，就是进程或线程执行此函数时不必非要等待事件的发生，一旦执行肯定返回，以返回值的不同来反映函数的执行情况，如果事件发生则与阻塞方式相同，若事件没有发生则返回一个代码来告知事件未发生，而进程或线程继续执行，所以效率较高）方式工作的程序，它能够监视我们需要监视的文件描述符的变化情况——读写或是异常。

　　下面详细介绍一下！

　　Select的函数格式(我所说的是Unix系统下的伯克利socket编程，和windows下的有区别，一会儿说明)：

　　int select(int maxfdp,fd_set *readfds,fd_set *writefds,fd_set *errorfds,struct timeval *timeout);

　　先说明两个结构体：

　　第一，struct fd_set可以理解为一个集合，这个集合中存放的是文件描述符(filedescriptor)，即文件句柄，这可以是我们所说的普通意义的文件，当然Unix下任何设备、管道、FIFO等都是文件形式，全部包括在内，所以毫无疑问一个socket就是一个文件，socket句柄就是一个文件描述符。

　　fd_set集合可以通过一些宏由人为来操作，比如

　　清空集合FD_ZERO(fd_set *)；

　　将一个给定的文件描述符加入集合之中FD_SET(int ,fd_set

　　*)；

　　将一个给定的文件描述符从集合中删除FD_CLR(int

　　,fd_set*)；

　　检查集合中指定的文件描述符是否可以读写FD_ISSET(int ,fd_set* )。一会儿举例说明。

　　第二，struct timeval是一个大家常用的结构，用来代表时间值，有两个成员，一个是秒数，另一个是微妙数。

　　具体解释select的参数：

　　int maxfdp是一个整数值，是指集合中所有文件描述符的范围，即所有文件描述符的最大值加1，不能错！在Windows中这个参数的值无所谓，可以设置不正确。

　　fd_set*readfds是指向fd_set结构的指针，这个集合中应该包括文件描述符，我们是要监视这些文件描述符的读变化的，即我们关心是否可以从这些文件中读取数据了，如果这个集合中有一个文件可读，select就会返回一个大于0的值，表示有文件可读，如果没有可读的文件，则根据timeout参数再判断是否超时，若超出timeout的时间，select返回0，若发生错误返回负值。可以传入NULL值，表示不关心任何文件的读变化。

　　fd_set*writefds是指向fd_set结构的指针，这个集合中应该包括文件描述符，我们是要监视这些文件描述符的写变化的，即我们关心是否可以向这些文件中写入数据了，如果这个集合中有一个文件可写，select就会返回一个大于0的值，表示有文件可写，如果没有可写的文件，则根据timeout参数再判断是否超时，若超出timeout的时间，select返回0，若发生错误返回负值。可以传入NULL值，表示不关心任何文件的写变化。

　　fd_set *errorfds同上面两个参数的意图，用来监视文件错误异常。

　　struct timeval *timeout是select的超时时间，这个参数至关重要，它可以使select处于三种状态，第一，若将NULL以形参传入，即不传入时间结构，就是将select置于阻塞状态，一定等到监视文件描述符集合中某个文件描述符发生变化为止；第二，若将时间值设为0秒0毫秒，就变成一个纯粹的非阻塞函数，不管文件描述符是否有变化，都立刻返回继续执行，文件无变化返回0，有变化返回一个正值；第三，timeout的值大于0，这就是等待的超时时间，即select在timeout时间内阻塞，超时时间之内有事件到来就返回了，否则在超时后不管怎样一定返回，返回值同上述。

　　返回值：

　　负值：select错误 正值：某些文件可读写或出错 0：等待超时，没有可读写或错误的文件

　　在有了select后可以写出像样的网络程序来！举个简单的例子，就是从网络上接受数据写入一个文件中。

　　例子：

　　main()

　　{

　　int sock;

　　FILE *fp;

　　struct fd_set fds;

　　struct timeval timeout={3,0}; //select等待3秒，3秒轮询，要非阻塞就置0

　　char buffer[256]={0}; //256字节的接收缓冲区

　　/* 假定已经建立UDP连接，具体过程不写，简单，当然TCP也同理，主机ip和port都已经给定，要写的文件已经打开

　　sock=socket(...);

　　bind(...);

　　fp=fopen(...); */

　　while(1)

　　{

　　FD_ZERO(&fds); //每次循环都要清空集合，否则不能检测描述符变化

　　FD_SET(sock,&fds); //添加描述符

　　FD_SET(fp,&fds); //同上

　　maxfdp=sock>fp?sock+1:fp+1; //描述符最大值加1

　　switch(select(maxfdp,&fds,&fds,NULL,&timeout)) //select使用

　　{

　　case -1: exit(-1);break; //select错误，退出程序

　　case 0:break; //再次轮询

　　default:

　　if(FD_ISSET(sock,&fds)) //测试sock是否可读，即是否网络上有数据

　　{

　　recvfrom(sock,buffer,256,.....);//接受网络数据

　　if(FD_ISSET(fp,&fds)) //测试文件是否可写

　　fwrite(fp,buffer...);//写入文件

　　buffer清空;

　　}// end if break;

　　}// end switch

　　}//end while

　　}//end main

 

FD_ZERO(&readfd);
FD_SET(sockfd,&readfd);
while(1){
sin_size=sizeof(struct sockaddr_in);
if(select(MAX_CONNECTED_NO,&readfd,NULL,NULL,(struct timeval *)0)>0){
if(FD_ISSET(sockfd,&readfd)>0){
if((client_fd=accept(sockfd,(struct sockaddr *)&client_sockaddr,&sin_size))==-1){
perror("accept");
exit(1);
}
if((recvbytes=recv(client_fd,buf,MAXDATASIZE,0))==-1){
perror("recv");
exit(1);
}
if(read(client_fd,buf,MAXDATASIZE)<0){
perror("read");
exit(1);
}
printf("received a connection :%s",buf);
}/*if*/
close(client_fd);
}/*select*/
}/*while*/
///////////////////////////////////////////////////////////////
select(MAX_CONNECTED_NO,&readfd,NULL,NULL,(struct timeval *)0)作用是设置关注readfd所包含的(句柄)是否有数据可读，这里就只有sockfd一个。
FD_ISSET是一个宏,不是函数，作用就是检察一下现在是否有数据可读。
select 函数是实现多路复用的一种方法，在这里的用意主要是不让accept阻塞。
////////////////////////////////////////////////////////////////
函数说明
select()用来等待文件描述词状态的改变。参数n代表最大的文件描述词加1，参数readfds、writefds 和exceptfds 称为描述词组，是用来回传该描述词的读，写或例外的状况。底下的宏提供了处理这三种描述词组的方式:
FD_CLR(inr fd,fd_set* set)；用来清除描述词组set中相关fd 的位
FD_ISSET(int fd,fd_set *set)；用来测试描述词组set中相关fd 的位是否为真
FD_SET（int fd,fd_set*set）；用来设置描述词组set中相关fd的位
FD_ZERO（fd_set *set）； 用来清除描述词组set的全部位

参数
timeout为结构timeval，用来设置select()的等待时间，其结构定义如下
struct timeval
{
time_t tv_sec;
time_t tv_usec;
};

返回值
如果参数timeout设为NULL则表示select（）没有timeout。

使用select函数可以以非阻塞的方式和多个socket通信。程序只是演示select函数的使用，功能非常简单，即使某个连接关闭以后也不会修改当前连接数，连接数达到最大值后会终止程序。

1. 程序使用了一个数组fd_A，通信开始后把需要通信的多个socket描述符都放入此数组。

2. 首先生成一个叫sock_fd的socket描述符，用于监听端口。

3. 将sock_fd和数组fd_A中不为0的描述符放入select将检查的集合fdsr。

4. 处理fdsr中可以接收数据的连接。如果是sock_fd，表明有新连接加入，将新加入连接的socket描述符放置到fd_A。

  1 #include <stdio.h>
  2 #include <stdlib.h>
  3 #include <unistd.h>
  4 #include <errno.h>
  5 #include <string.h>
  6 #include <sys/types.h>
  7 #include <sys/socket.h>
  8 #include <netinet/in.h>
  9 #include <arpa/inet.h>
 10 
 11 #define MYPORT 1234    // the port users will be connecting to
 12 
 13 #define BACKLOG 5     // how many pending connections queue will hold
 14 
 15 #define BUF_SIZE 200
 16 
 17 int fd_A[BACKLOG];    // accepted connection fd
 18 int conn_amount;    // current connection amount
 19 
 20 void showclient()
 21 {
 22     int i;
 23     printf("client amount: %d\n", conn_amount);
 24     for (i = 0; i < BACKLOG; i++) {
 25         printf("[%d]:%d  ", i, fd_A[i]);
 26     }
 27     printf("\n\n");
 28 }
 29 
 30 int main(void)
 31 {
 32     int sock_fd, new_fd;  // listen on sock_fd, new connection on new_fd
 33     struct sockaddr_in server_addr;    // server address information
 34     struct sockaddr_in client_addr; // connector's address information
 35     socklen_t sin_size;
 36     int yes = 1;
 37     char buf[BUF_SIZE];
 38     int ret;
 39     int i;
 40 
 41     if ((sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {
 42         perror("socket");
 43         exit(1);
 44     }
 45 
 46     if (setsockopt(sock_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &yes, sizeof(int)) == -1) {
 47         perror("setsockopt");
 48         exit(1);
 49     }
 50     
 51     server_addr.sin_family = AF_INET;         // host byte order
 52     server_addr.sin_port = htons(MYPORT);     // short, network byte order
 53     server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // automatically fill with my IP
 54     memset(server_addr.sin_zero, '\0', sizeof(server_addr.sin_zero));
 55 
 56     if (bind(sock_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {
 57         perror("bind");
 58         exit(1);
 59     }
 60 
 61     if (listen(sock_fd, BACKLOG) == -1) {
 62         perror("listen");
 63         exit(1);
 64     }
 65 
 66     printf("listen port %d\n", MYPORT);
 67 
 68     fd_set fdsr;
 69     int maxsock;
 70     struct timeval tv;
 71 
 72     conn_amount = 0;
 73     sin_size = sizeof(client_addr);
 74     maxsock = sock_fd;
 75     while (1) {
 76         // initialize file descriptor set
 77         FD_ZERO(&fdsr);
 78         FD_SET(sock_fd, &fdsr);
 79 
 80         // timeout setting
 81         tv.tv_sec = 30;
 82         tv.tv_usec = 0;
 83 
 84         // add active connection to fd set
 85         for (i = 0; i < BACKLOG; i++) {
 86             if (fd_A[i] != 0) {
 87                 FD_SET(fd_A[i], &fdsr);
 88             }
 89         }
 90 
 91         ret = select(maxsock + 1, &fdsr, NULL, NULL, &tv);
 92         if (ret < 0) {
 93             perror("select");
 94             break;
 95         } else if (ret == 0) {
 96             printf("timeout\n");
 97             continue;
 98         }
 99 
100         // check every fd in the set
101         for (i = 0; i < conn_amount; i++) {
102             if (FD_ISSET(fd_A[i], &fdsr)) {
103                 ret = recv(fd_A[i], buf, sizeof(buf), 0);
104                 if (ret <= 0) {        // client close
105                     printf("client[%d] close\n", i);
106                     close(fd_A[i]);
107                     FD_CLR(fd_A[i], &fdsr);
108                     fd_A[i] = 0;
109                 } else {        // receive data
110                     if (ret < BUF_SIZE)
111                         memset(&buf[ret], '\0', 1);
112                     printf("client[%d] send:%s\n", i, buf);
113                 }
114             }
115         }
116 
117         // check whether a new connection comes
118         if (FD_ISSET(sock_fd, &fdsr)) {
119             new_fd = accept(sock_fd, (struct sockaddr *)&client_addr, &sin_size);
120             if (new_fd <= 0) {
121                 perror("accept");
122                 continue;
123             }
124 
125             // add to fd queue
126             if (conn_amount < BACKLOG) {
127                 fd_A[conn_amount++] = new_fd;
128                 printf("new connection client[%d] %s:%d\n", conn_amount,
129                         inet_ntoa(client_addr.sin_addr), ntohs(client_addr.sin_port));
130                 if (new_fd > maxsock)
131                     maxsock = new_fd;
132             }
133             else {
134                 printf("max connections arrive, exit\n");
135                 send(new_fd, "bye", 4, 0);
136                 close(new_fd);
137                 break;
138             }
139         }
140         showclient();
141     }
142 
143     // close other connections
144     for (i = 0; i < BACKLOG; i++) {
145         if (fd_A[i] != 0) {
146             close(fd_A[i]);
147         }
148     }
149 
150     exit(0);
151 }