27、fd_set与FD_SETSIZE详解

select()机制中提供一种fd_set的数据结构，它实际上是long类型的数组，每一个数组元素都能与一打开的文件句柄（不管是socket句柄，还是其他文件或命名管道或设备句柄）建立联系，建立联系的工作由程序员完成，当调用select()时，由内核根据IO状态修改fd_set的内容，由此来通知执行了select()的进程哪一socket或文件发生了可读或可写事件。

fd_set结构体原型：

typedef struct
{
/*XPG4.2requiresthismembername.Otherwiseavoidthename
fromtheglobalnamespace.*/
#ifdef__USE_XOPEN
__fd_maskfds_bits[__FD_SETSIZE/__NFDBITS];
#define__FDS_BITS(set)((set)->fds_bits)
#else
__fd_mask__fds_bits[__FD_SETSIZE/__NFDBITS];
#define__FDS_BITS(set)((set)->__fds_bits)
#endif
}fd_set;

系统提供了4个宏对描述符集进行操作：

#include 
#include 
void FD_SET(int fd, fd_set *fdset);
void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);
void FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);
void FD_ZERO(fd_set *fdset);

宏FD_SET设置文件描述符集fdset中对应于文件描述符fd的位(设置为1)，宏FD_CLR清除文件描述符集fdset中对应于文件描述符fd的位（设置为0），宏FD_ZERO清除文件描述符集fdset中的所有位(既把所有位都设置为0)。使用这3个宏在调用select前设置描述符屏蔽位，在调用select后使用FD_ISSET来检测文件描述符集fdset中对应于文件描述符fd的位是否被设置。

常见用法：

fd_set fdset;
FD_ZERO(&fdset); /*将set清零使集合中不含任何fd，清空fdset与所有文件句柄的联系*/
FD_SET(fd, &fdset); /*将fd加入set集合，建立文件句柄fd与fdset的联系*/
FD_CLR(fd, &fdset); /*将fd从set集合中清除，清除文件句柄fd与fdset的联系*/
FD_ISSET(fd, &fdset); /*在调用select()函数后，用FD_ISSET来检测fd是否在set集合中，当检测到fd在set中则返回真，否则，返回假（0）*/
以上式子中的fd为socket句柄。

示例：

#include 
#include 
#include 
int main(int argc, char **argv){    
    fd_set fdset;    
    FD_ZERO (&fdset);                          /*清空集合中所有的元素*/    
    FD_SET(STDOUT_FILENO,&fdset);              /*设置stdout，使集合中包含stdout*/  
       
    if(FD_ISSET(STDOUT_FILENO,&fdset)!=0)      /*测试stdout是否包含在集合中*/        
        printf("stdout has been set\n");    
    else        
        printf("stdout has not been set\n");   
         
    FD_CLR(STDOUT_FILENO,&fdset);              /*从位向量中清除stdout*/  
       
    if(FD_ISSET(STDOUT_FILENO,&fdset)!=0)      /*再次测试*/       
        printf("stdout has been set\n");    
    else        
        printf("stdout has not been set\n");

    FD_ZERO(&fdset);
    FD_SET(1, &fdset);
    FD_SET(2, &fdset);
    FD_SET(3, &fdset);
    FD_SET(7, &fdset);
    printf("fdset.__fds_bits[0] = %d\n", fdset.__fds_bits[0]);

    return 0;
}

运行结果：

stdout has been set
stdout has not been set
fdset.__fds_bits[0] = 142

即：将fdset所有元素的二进制连接为一个整体，FD_SET(1, &fdset)、FD_SET(2, &fdset)、FD_SET(3, &fdset)、FD_SET(7, &fdset)相当于将二进制中的bit1、bit2、bit3、bit7设置为1，即1000 1110，所以fdset.__fds_bits[0]值为142。

可以查看fdset的定义，是一个long类型数组，数组大小为__FD_SETSIZE/__NFDBITS，前者为1024，后者与系统有关，这种定义保证了fdset数组最大可以存储__FD_SETSIZE个bit位。

一句话：fd_set就是一个long类型数组，数组中所有元素按照二进制位排列，每一位都对应一个文件描述符（通过索引关联）。

通常，操作系统通过宏FD_SETSIZE来声明在一个进程中select所能操作的文件描述符的最大数目。例如：
在4.4BSD的头文件中我们可以看到：

＃ifndef FD_SETSIZE
#define FD_SETSIZE 1024
#endif

在红帽Linux的头文件中我们可以看到：

＃define __FD_SETSIZE 1024

以及在头文件中我们可以看到：

#include 
#define FD_SETSIZE __FD_SETSIZE

既定义FD_SETSIZE为1024，一个整数占4个字节，既32位，那么就是用包含32个元素的整数数组来表示文件描述符集。我们可以在头文件中修改这个值来改变select使用的文件描述符集的大小，但是必须重新编译内核才能使修改后的值有效。当前版本的unix操作系统没有限制FD_SETSIZE的最大值，通常只受内存以及系统管理上的限制。