WinSock 异步I/O模型[1]---选择模型 - select

如果你想在Windows平台上构建服务器应用，那么I/O模型是你必须考虑的。
Windows操作系统提供了五种I/O模型，分别是：

■ 选择（select）；
■ 异步选择（WSAAsyncSelect）；
■ 事件选择（WSAEventSelect）；
■ 重叠I/O（Overlapped I/O）；
■ 完成端口（Completion Port) 。

每一种模型适用于一种特定的应用场景。程序员应该对自己的应用需求非常明确，
综合考虑到程序的扩展性和可移植性等因素，作出自己的选择。
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█ 选择（select）模型是Winsock中最常见的 I/O模型。核心便是利用 select 函数，实现对 I/O的管理！
利用 select 函数来判断某Socket上是否有数据可读，或者能否向一个套接字写入数据，防止程序在Socket处于阻塞模式中时，
在一次 I/O 调用（如send或recv、accept等）过程中，被迫进入“锁定”状态；同时防止在套接字处于非阻塞模
式中时，产生WSAEWOULDBLOCK错误。

█ select 的函数原型如下：
int select(
  __in          int nfds,
  __in_out      fd_set* readfds,
  __in_out      fd_set* writefds,
  __in_out      fd_set* exceptfds,
  __in          const struct timeval* timeout
);

其中，第一个参数nfds会被忽略。之所以仍然要提供这个参数，只是为了保持与Berkeley套接字兼容。
后面大家看到有三个 fd_set类型的参数：
一个用于检查可读性（readfds），
一个用于检查可写性（writefds），
一个用于例外数据（exceptfds）。

fd_set 结构的定义如下：
typedef struct fd_set {
 u_int fd_count;
 SOCKET fd_array[FD_SETSIZE];
} fd_set;

#define FD_SETSIZE      64
所以 fd_set 结构中最多只能监视64个套接字。

fdset 代表着一系列特定套接字的集合。其中， readfds 集合包括符合下述任何一个条件的套接字：
● 有数据可以读入。
● 连接已经关闭、重设或中止。
● 假如已调用了listen，而且一个连接正在建立，那么accept函数调用会成功。

writefds 集合包括符合下述任何一个条件的套接字：
● 有数据可以发出。
● 如果已完成了对一个非锁定连接调用的处理，连接就会成功。

exceptfds 集合包括符合下述任何一个条件的套接字：
● 假如已完成了对一个非锁定连接调用的处理，连接尝试就会失败。
● 有带外（Out-of-band，OOB）数据可供读取。

举个例子，假设我们想测试一个套接字是否“可读”，必须将自己的套接字增添到readfds集合中，
然后调用 select 函数并等待其完成。select 完成之后，再次判断自己的套接字是否仍为 readfds 集合的一部分。
若答案是肯定的，则表明该套接字“可读”，可立即着手从它上面读取数据。

在三个参数中（readfds、writefds 和 exceptfds），任何两个都可以是空值（ NULL）；
但是，至少有一个不能为空值！在任何不为空的集合中，必须包含至少一个套接字句柄；
否则， select 函数便没有任何东西可以等待。最后一个参数 timeout 对应的是一个指针，它指向一个timeval 结构，
用于决定select 最多等待 I/O操作完成多久的时间。如 timeout 是一个空指针，那么 select 调用会无限
期地“锁定”或停顿下去，直到至少有一个描述符符合指定的条件后结束。

对 timeval 结构的定义如下：
tv_sec 字段以秒为单位指定等待时间；
tv_usec 字段则以毫秒为单位指定等待时间。
1秒 = 1000毫秒

若将超时值设置为（0 , 0），表明 select 会立即返回，出于对性能方面的考虑，应避免这样的设置。

█ select 函数返回值：
select 成功完成后，会在 fdset 结构中，返回刚好有未完成的 I/O操作的所有套接字句柄的总量。
若超过 timeval 设定的时间，便会返回0。若 select 调用失败，都会返回 SOCKET_ERROR，
应该调用 WSAGetLastError 获取错误码！

用 select 对套接字进行监视之前，必须将套接字句柄分配给一个fdset的结构集合，
之后再来调用 select，便可知道一个套接字上是否正在发生上述的 I/O 活动。
Winsock 提供了下列宏操作，可用来针对 I/O活动，对 fdset 进行处理与检查：
● FD_CLR(s, *set)：从set中删除套接字s。
● FD_ISSET(s, *set)：检查s是否set集合的一名成员；如答案是肯定的是，则返回TRUE。
● FD_SET(s, *set)：将套接字s加入集合set。
● FD_ZERO( * set)：将set初始化成空集合。

例如，假定我们想知道是否可从一个套接字中安全地读取数据，同时不会陷于无休止的
“锁定”状态，便可使用 FDSET 宏，将自己的套接字分配给 fdread 集合，再来调用 select。要
想检测自己的套接字是否仍属 fdread 集合的一部分，可使用 FD_ISSET 宏。采用下述步骤，便
可完成用 select 操作一个或多个套接字句柄的全过程：
1) 使用FDZERO宏，初始化一个fdset对象；
2) 使用FDSET宏，将套接字句柄加入到fdset集合中；
3) 调用 select 函数，等待其返回……select 完成后，会返回在所有 fdset 集合中设置的套接字句柄总数，
并对每个集合进行相应的更新。
4) 根据 select的返回值和 FDISSET宏，对 fdset 集合进行检查。
5) 知道了每个集合中“待决”的 I/O操作之后，对 I/O进行处理，
然后返回步骤1 )，继续进行 select 处理。

select 函数返回后，会修改 fdset 结构，删除那些不存在待决 I/O 操作的套接字句柄。
这正是我们在上述的步骤 ( 4 ) 中，为何要使用 FDISSET 宏来判断一个特定的套接字是否仍在集合中的原因。