关于socket编程中FD_XXX以及select函数的理解

学习socket编程的时候看到很多FD开头的宏定义和函数，这里记录一下这些宏定义和函数的含义及处理流程

01 | 宏接口定义

1. fd_set

   fd_set 是一种表示文件描述符的集合类型，在socket编程中，这种类型有三种不同的集合（可读、可写、错误）

2. FD_ZERO() | FD_CLR()

   • FD_ZERO(fd_set* fdset)：把当前描述符集合 fd_set 中所有位的数字都置为0

   • FD_CLR(int fd, fd_set* fdset)：清楚所绑定的联系，将 fd 从 fd_set 集合中清除，类似于链表的节点删除（后续节点会填补被删除节点）

3. FD_SET()

   FD_SET(int fd, fd_set* fdset)：实现了句柄和描述符集合的联系，可以把已打开的 fd（句柄）加入到描述符集合 fd_set 中

4. select()

   用于查询所有描述符（句柄）所处的状态，获取当中可读可写可用的描述符个数

   int select(int maxfdpl, fd_set *restrict readfds,
   		fd_set *restrict writefds,fd_set *restrict exceptfds,
   		struct timeval *restrict typfr);
   // 返回值：准备就绪的描述符数目；若超时返回0，出错则返回-1
   

   参数说明：

   • maxfdpl：最大描述符编号 + 1，即选择需要关注的描述符个数，一般为环境中可能打开的描述符个数加一

   • readfds | writefds | exceptfds：这三个指向描述符的指针，分别代表了所要关心的 可读描述符集 | 可写描述符集 | 出错描述符集

   • typfr：超时时间

5. FD_ISSET()

   FD_ISSET(int fd, fd_set* fdset)：判断加入的 fd 是否还存在于描述符集合 fd_set 中，即判断打开的 fd 是否可用。不存在或不可用则返回0

02 | 使用方法

总体使用流程就是：通过调用 FD_SERO() 将一个 fd_set 变量的所有位设置为0（如果要开启描述符集合中的一位，可以调用 FD_SET()；如果要清楚刚才设置的位则可以调用 FD_CLR()）；再通过调用 select() 对描述符集合进行筛选，得到当前可用描述符个数；最后可以调用 FD_ISSET() 测试当前描述符集合中的一个指定位是否已打开可用

简要流程如下

1. 初始化一个 fd_set 类型的描述符集合

   fd_set server_fd;
   FD_ZERO(&server_fd);
   

2. 把 socket调用打开的 fd 放入到已初始化的描述符集合中

   FD_SET(socket_fd, &server_fd);
   

3. 通过调用 select() 查询这个描述符集合中的所有 fd 状态，并清除描述符集合中 不可读 | 不可写 的 fd，或者说选出 可读 | 可写 的 fd

   int max_fd = -1;
   if (max_fd < socket_fd)
   {
   	max_fd = socket_fd;
   }
   if (select(max_fd + 1, &server_fd, NULL, NULL, &timeout) < 0)
   {
   	return;
   }
   

4. 判断当前打开的 fd 是否还存在于描述符集合中

   if (FD_ISSET(socketfd, &server_fd))
   {
   // To do
   }
   

5. 上述步骤完成后，还可以再进行错误处理判断，防止后续错误

   int iRet = 0; 
   int len = sizeof(iRet); 
   if (getsockopt(m_sock, SOL_SOCKET, SO_ERROR, (char*)&iRet, &len) == SOCKET_ERROR) 
   { 
   	return; 
   } 
   

03 | 服务端代码示例

#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include

int main()
{
	int lfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if(lfd < 0)
	{
		perror("socket error");
		return -1;
	}

	struct sockaddr_in serv;
	bzero(&serv, sizeof(serv));
	serv.sin_family = AF_INET;
	serv.sin_port = htons(8888);
	serv.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
	int ret = bind(lfd, (struct sockaddr*)&serv, sizeof(serv));
	if(ret < 0)
	{
		perror("bind error");
		return -1;
	}

	listen(lfd, 128);

	fd_set readset;
	fd_set tmpset;
	FD_ZERO(&readset);
	FD_SET(lfd, &readset);

	int nready;
	int maxfd = lfd;
	int cfd;
	int n;
	char buf[1024];
	while(1)
	{
		tmpset = readset;
		nready = select(maxfd+1, &tmpset, NULL, NULL, NULL);
		if(nready <= 0)
		{
			continue;
		}

		//有客户端连接请求到来
		if(FD_ISSET(lfd, &tmpset))
		{
			cfd = accept(lfd, NULL, NULL);
			FD_SET(cfd, &readset);
			maxfd = cfd > maxfd? cfd : maxfd;
			//说明只有监听描述符被置为1，后面可跳过
			if(--nready == 0)
			{
				continue;
			}
		}

		//有数据发来
		//先有的lfd，后有的cfd
		for(int i=lfd+1; i<=maxfd;i++)
		{
			if(FD_ISSET(i, &tmpset))
			{
				memset(buf, 0, sizeof(buf));
				n = read(cfd, buf, sizeof(buf));
				if(n <= 0)
				{
					close(i);
					FD_CLR(i, &readset);
					printf("read error or client close\n");
					continue;
				}
				printf("n == [%d], buf == [%s]\n", n, buf);

				for(int j=0; j<n; j++)
				{
					buf[j] = toupper(buf[j]);
				}

				write(i, buf, n);
			}
		}
	}

	close(lfd);
	return 0;
}

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