socket通信中select函数的使用和详解

最近在写一个网络通信函数，参考别人的代码时对select（）函数的使用存有疑惑，不太确定具体的使用方法，何时使用，以及其作用。在网上搜到一篇文章，觉得介绍的不错，收藏学习。

先自我总结一下。

   select函数的作用：

   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 conncet()、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。

 select函数格式：

   select()函数的格式(所说的是Unix系统下的Berkeley 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(file descriptor)，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，另一个毫秒数。

    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。

    fe_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。

  select函数返回值：

    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

   举例：

   举个简单的例子，就是从网络上接受数据写入一个文件中。

   ---------------------------无连接    

  例子：

    int 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

       

        while(1)

        {

            FD_ZERO(&fds); //每次循环都要清空，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 SOCKET_ERROR: 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

---------------------------面向连接
     #include <winsock.h>
     #include <stdio.h>
     #define PORT       5150
     #define MSGSIZE     1024
     #pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
     int     g_iTotalConn = 0;
     SOCKET g_CliSocketArr[FD_SETSIZE];
     DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID lpParameter);
     int main()
     {  
         WSADATA     wsaData;  
         SOCKET       sListen, sClient;  
         SOCKADDR_IN local, client;  
         int         iaddrSize = sizeof(SOCKADDR_IN);  
         DWORD       dwThreadId;  
         // Initialize Windows socket library  
         WSAStartup(0x0202, &wsaData);  
         // Create listening socket  
         sListen = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);  
         // Bind          
         local.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);
         local.sin_family = AF_INET;
         local.sin_port = htons(PORT);  
         bind(sListen, (struct sockaddr *)&local, sizeof(SOCKADDR_IN));  
         // Listen   listen(sListen, 3);  
         // Create worker thread  
         CreateThread(NULL, 0, WorkerThread, NULL, 0, &dwThreadId);    
         while (TRUE)  
         {               // Accept a connection    
             sClient = accept(sListen, (struct sockaddr *)&client, &iaddrSize);    
             printf("Accepted client:%s:%d\n", inet_ntoa(client.sin_addr), ntohs(client.sin_port));    
             // Add socket to g_CliSocketArr    
             g_CliSocketArr[g_iTotalConn++] = sClient;  
         }    
         return 0;
     }
     DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID lpParam)
     {  
         int             i;  
         fd_set         fdread;  
         int             ret;  
         struct timeval tv = {1, 0};  
         char           szMessage[MSGSIZE];    
         while (TRUE)  
         {    
             FD_ZERO(&fdread);    
             for (i = 0; i < g_iTotalConn; i++)
             {
                 FD_SET(g_CliSocketArr, &fdread);
             }                     // We only care read event
             ret = select(0, &fdread, NULL, NULL, &tv);
             if (ret == 0)
             {       // Time expired
                 continue;
             }
             for (i = 0; i < g_iTotalConn; i++)
             {
                 if (FD_ISSET(g_CliSocketArr, &fdread))
                   {         // A read event happened on g_CliSocketArr
                       ret = recv(g_CliSocketArr, szMessage, MSGSIZE, 0);
                       if (ret == 0 || (ret == SOCKET_ERROR && WSAGetLastError() == WSAECONNRESET))
                         {
                             // Client socket closed          
                             printf("Client socket %d closed.\n", g_CliSocketArr);
                             closesocket(g_CliSocketArr);
                             if (i < g_iTotalConn - 1)
                             {
                                 g_CliSocketArr[i--] = g_CliSocketArr[--g_iTotalConn];
                             }
                         }
                         else
                         {
                               // We received a message from client
                               szMessage[ret] = '\0';
                               send(g_CliSocketArr, szMessage, strlen(szMessage), 0);
                         }
                   } //if
             }//for
         }//while    
         return 0;
     }
     服务器的几个主要动作如下：
     1.创建监听套接字，绑定，监听；
     2.创建工作者线程；
     3.创建一个套接字数组，用来存放当前所有活动的客户端套接字，每accept一个连接就更新一次数组；
     4.接受客户端的连接。
     这里有一点需要注意的，就是我没有重新定义FD_SETSIZE宏，所以服务器最多支持的并发连接数为64。而且，这里决不能无条件的ccept,服务器应该根据当前的连接数来决定
是否接受来自某个客户端的连接。一种比较好的实现方案就是采用WSAAccept函数，而且让WSAAccept回调自己实现的Condition Function。
     如下所示：
     int CALLBACK ConditionFunc(LPWSABUF lpCallerId,LPWSABUF lpCallerData, LPQOS lpSQOS,LPQOS lpGQOS,LPWSABUF lpCalleeId, LPWSABUF lpCalleeData,GROUP FAR *
g,DWORD dwCallbackData)
     {
         if (当前连接数 < FD_SETSIZE)
             return CF_ACCEPT;
         else  
             return CF_REJECT;
     }
     工作者线程里面是一个死循环，一次循环完成的动作是：
     1.将当前所有的客户端套接字加入到读集fdread中；
     2.调用select函数；
     3.查看某个套接字是否仍然处于读集中，如果是，则接收数据。如果接收的数据长度为0，或者发生WSAECONNRESET错误，则表示客户端套接字主动关闭，这时需要将服务器中
对应的套接字所绑定的资源释放掉，然后调整我们的套接字数组（将数组中最后一个套接字挪到当前的位置上）。
     除了需要有条件接受客户端的连接外，还需要在连接数为0的情形下做特殊处理，因为如果读集中没有任何套接字，select函数会立刻返回，这将导致工作者线程成为一个毫无
停顿的死循环，CPU的占用率马上达到100%。
     关系到套接字列表的操作都需要使用循环,在轮询的时候,需要遍历一次,再新的一轮开始时,将列表加入队列又需要遍历一次.也就是说,Select在工作一次时,需要至少遍历2次
列表,这是它效率较低的原因之一.
     在大规模的网络连接方面,还是推荐使用IOCP或EPOLL模型.但是Select模型可以使用在诸如对战类游戏上,比如类似星际这种,因为它小巧易于实现,且对战类游戏的网络连接量
并不大. 对于Select模型想要突破Windows 64个限制的话,可以采取分段轮询,一次轮询64个.例如套接字列表为128个,在第一次轮询时,将前64个放入队列中用Select进行状态查询,
待本次操作全部结束后.将后64个再加入轮询队列中进行轮询处理.这样处理需要在非阻塞式下工作.以此类推,Select也能支持无限多个.

Source URL: http://blog.sina.com.cn/s/blog_608740170100wwub.html