socket編程之select相關


FD_ZERO,FD_ISSET這些都是套節字結合操作宏 
看看MSDN上的select函數, 
這是在select   io   模型中的核心,用來管理套節字IO的,避免出現無辜鎖定. 
int   select(     int   nfds,fd_set   FAR   *readfds,     fd_set   FAR   *writefds,                             
    fd_set   FAR   *exceptfds,                 
    const   struct   timeval   FAR   *timeout     
); 
第一個參數不管,是兼容目的,最后的是超時標准,select是阻塞操作 
當然要設置超時事件. 
接着的三個類型為fd_set的參數分別是用於檢查套節字的可讀性,可寫性,和列外數據性質. 

我舉個例子 
比如recv(),   在沒有數據到來調用它的時候,你的線程將被阻塞 
如果數據一直不來,你的線程就要阻塞很久.這樣顯然不好. 
所以采用select來查看套節字是否可讀(也就是是否有數據讀了) 
步驟如下 
socket   s; 
..... 
fd_set   set; 
while(1) 
{     
    FD_ZERO(&set);//將你的套節字集合清空 
    FD_SET(s,   &set);//加入你感興趣的套節字到集合,這里是一個讀數據的套節字s 
    select(0,&set,NULL,NULL,NULL);//檢查套節字是否可讀, 
                                                      //很多情況下就是是否有數據(注意,只是說很多情況) 
                                                      //這里select是否出錯沒有寫 
    if(FD_ISSET(s,   &set)   //檢查s是否在這個集合里面, 
    {                                           //select將更新這個集合,把其中不可讀的套節字去掉 
                                                //只保留符合條件的套節字在這個集合里面 
                                
            recv(s,...); 
    
    } 
    //do   something   here 
}

 

select()函數主要是建立在fd_set類型的基礎上的。fd_set(它比較重要所以先介紹一下)是一組文件描述字(fd)的集合,它用一位來表示一個fd(下面會仔細介紹),對於fd_set類型通過下面四個宏來操作:

    fd_set set;

    FD_ZERO(&set);     

    FD_SET(fd, &set);  

    FD_CLR(fd, &set);  

    FD_ISSET(fd, &set);       

過去,一個fd_set通常只能包含<32的fd(文件描述字),因為fd_set其實只用了一個32位矢量來表示fd;現在,UNIX系統通常會在頭文件<sys/select.h>中定義常量FD_SETSIZE,它是數據類型fd_set的描述字數量,其值通常是1024,這樣就能表示<1024的fd。根據fd_set的位矢量實現,我們可以重新理解操作fd_set的四個宏:

    fd_set set;

FD_ZERO(&set);    

FD_SET(0, &set);  

FD_CLR(4, &set);    

FD_ISSET(5, &set);  

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

注意fd的最大值必須<FD_SETSIZE。

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

select函數的接口比較簡單:

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

fd_set* exceptset, struct tim *timeout);

功能:

測試指定的fd可讀?可寫?有異常條件待處理?    

參數:

nfds   

需要檢查的文件描述字個數(即檢查到fd_set的第幾位),數值應該比三組fd_set中所含的最大fd值更大,一般設為三組fd_set中所含的最大fd值加1(如在readset,writeset,exceptset中所含最大的fd為5,則nfds=6,因為fd是從0開始的)。設這個值是為提高效率,使函數不必檢查fd_set的所有1024位。

readset  

用來檢查可讀性的一組文件描述字。

writeset

用來檢查可寫性的一組文件描述字。

exceptset

用來檢查是否有異常條件出現的文件描述字。(注:錯誤不包括在異常條件之內)

timeout

有三種可能:

1.    timeout=NULL(阻塞:直到有一個fd位被置為1函數才返回)

2.    timeout所指向的結構設為非零時間(等待固定時間:有一個fd位被置為1或者時間耗盡,函數均返回)

3.    timeout所指向的結構,時間設為0(非阻塞:函數檢查完每個fd后立即返回)

返回值:    

返回對應位仍然為1的fd的總數。

Remarks:

三組fd_set均將某些fd位置0,只有那些可讀,可寫以及有異常條件待處理的fd位仍然為1。

使用select函數的過程一般是:

先調用宏FD_ZERO將指定的fd_set清零,然后調用宏FD_SET將需要測試的fd加入fd_set,接着調用函數select測試fd_set中的所有fd,最后用宏FD_ISSET檢查某個fd在函數select調用后,相應位是否仍然為1。

以下是一個測試單個文件描述字可讀性的例子:

     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;

     }

下面還有一個復雜一些的應用:

//這段代碼將指定測試Socket的描述字的可讀可寫性,因為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);   //添加要測試的描述字

     if (wr)     //FALSE

       FD_SET(*s,&wfds);

     tv.tv_sec=timems/1000;     //second

     tv.tv_usec=timems%1000;     //ms

     for (;;) //如果errno==EINTR,反復測試緩沖區的可讀性

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

              (timems==TIME_INFINITE?NULL:&tv)))  //測試在規定的時間內套接口接收緩沖區中是否有數據可讀

         {                                              //0--超時,-1--出錯

         case 0:   

              return 0;

         case (-1):  

              if (SocketError()==EINTR)

                   break;             

              return 0; //有錯但不是EINTR

          default:

              if (FD_ISSET(*s,&rfds)) //如果s是fds中的一員返回非0,否則返回0

                   return 1;

              if (FD_ISSET(*s,&wfds))

                   return 2;

              return 0;

         };

}

 

select函數:   
          系統提供select函數來實現多路復用輸入/輸出模型。原型:   
        #include   <sys/time.h>   
        #include   <unistd.h>   
      
select函數:   
          系統提供select函數來實現多路復用輸入/輸出模型。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);   
          參數maxfd是需要監視的最大的文件描述符值+1;rdset,wrset,exset分別對應於需要檢測的可讀文件描述符的集合,可寫文件描述符的集合及異常文件描述符的集合。struct   timeval結構用於描述一段時間長度,如果在這個時間內,需要監視的描述符沒有事件發生則函數返回,返回值為0。     
  FD_ZERO,FD_SET,FD_CLR,FD_ISSET:           參數maxfd是需要監視的最大的文件描述符值+1;rdset,wrset,exset分別對應於需要檢測的可讀文件描述符的集合,可寫文件描述符的集合及異常文件描述符的集合。struct   timeval結構用於描述一段時間長度,如果在這個時間內,需要監視的描述符沒有事件發生則函數返回,返回值為0。     
  FD_ZERO,FD_SET,FD_CLR,FD_ISSET:   
        FD_ZERO(fd_set   *fdset);將指定的文件描述符集清空,在對文件描述符集合進行設置前,必須對其進行初始化,如果不清空,由於在系統分配內存空間后,通常並不作清空處理,所以結果是不可知的。   
        FD_SET(fd_set   *fdset);用於在文件描述符集合中增加一個新的文件描述符。   
        FD_CLR(fd_set   *fdset);用於在文件描述符集合中刪除一個文件描述符。   
        FD_ISSET(int   fd,fd_set   *fdset);用於測試指定的文件描述符是否在該集合中。   
  struct   timeval結構:   
        struct   timeval{   
        long   tv_sec;//second   
        long   tv_usec;//minisecond   
  }   
  timeout設置情況:   
        null:select將一直被阻塞,直到某個文件描述符上發生了事件。   
        0:僅檢測描述符集合的狀態,然后立即返回,並不等待外部事件的發生。   
        特定的時間值:如果在指定的時間段里沒有事件發生,select將超時返回。

 

Select函數應用

  Select在Socket編程中還是比較重要的,可是對於初學Socket的人來說都不太愛用Select寫程序,他們只是習慣寫諸如

  connect、accept、recv或recvfrom這樣的阻塞程序(所謂阻塞方式block,顧名思義,就是進程或是線程執行到這些函數時必須等

  待某個事件的發生,如果事件沒有發生,進程或線程就被阻塞,函數不能立即返回)。

  可是使用Select就可以完成非阻塞(所謂非阻塞方式non-

  block,就是進程或線程執行此函數時不必非要等待事件的發生,一旦執行肯定返回,以返回值的不同來反映函數的執行情況,如果事件發生則與阻塞方式相同,若事件沒有發生則返回一個代碼來告知事件未發生,而進程或線程繼續執行,所以效率較高)方式工作的程序,它能夠監視我們需要監視的文件描述符的變化情況——讀寫或是異常。

  下面詳細介紹一下!

  Select的函數格式(我所說的是Unix系統下的伯克利socket編程,和windows下的有區別,一會兒說明):

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

  先說明兩個結構體:

  第一,struct fd_set可以理解為一個集合,這個集合中存放的是文件描述符(filedescriptor),即文件句柄,這可以是我們所說的普通意義的文件,當然Unix下任何設備、管道、FIFO等都是文件形式,全部包括在內,所以毫無疑問一個socket就是一個文件,socket句柄就是一個文件描述符。

  fd_set集合可以通過一些宏由人為來操作,比如

  清空集合FD_ZERO(fd_set *);

  將一個給定的文件描述符加入集合之中FD_SET(int ,fd_set

  *);

  將一個給定的文件描述符從集合中刪除FD_CLR(int

  ,fd_set*);

  檢查集合中指定的文件描述符是否可以讀寫FD_ISSET(int ,fd_set* )。一會兒舉例說明。

  第二,struct timeval是一個大家常用的結構,用來代表時間值,有兩個成員,一個是秒數,另一個是微妙數。

  具體解釋select的參數:

  int maxfdp是一個整數值,是指集合中所有文件描述符的范圍,即所有文件描述符的最大值加1,不能錯!在Windows中這個參數的值無所謂,可以設置不正確。

  fd_set*readfds是指向fd_set結構的指針,這個集合中應該包括文件描述符,我們是要監視這些文件描述符的讀變化的,即我們關心是否可以從這些文件中讀取數據了,如果這個集合中有一個文件可讀,select就會返回一個大於0的值,表示有文件可讀,如果沒有可讀的文件,則根據timeout參數再判斷是否超時,若超出timeout的時間,select返回0,若發生錯誤返回負值。可以傳入NULL值,表示不關心任何文件的讀變化。

  fd_set*writefds是指向fd_set結構的指針,這個集合中應該包括文件描述符,我們是要監視這些文件描述符的寫變化的,即我們關心是否可以向這些文件中寫入數據了,如果這個集合中有一個文件可寫,select就會返回一個大於0的值,表示有文件可寫,如果沒有可寫的文件,則根據timeout參數再判斷是否超時,若超出timeout的時間,select返回0,若發生錯誤返回負值。可以傳入NULL值,表示不關心任何文件的寫變化。

  fd_set *errorfds同上面兩個參數的意圖,用來監視文件錯誤異常。

  struct timeval *timeout是select的超時時間,這個參數至關重要,它可以使select處於三種狀態,第一,若將NULL以形參傳入,即不傳入時間結構,就是將select置於阻塞狀態,一定等到監視文件描述符集合中某個文件描述符發生變化為止;第二,若將時間值設為0秒0毫秒,就變成一個純粹的非阻塞函數,不管文件描述符是否有變化,都立刻返回繼續執行,文件無變化返回0,有變化返回一個正值;第三,timeout的值大於0,這就是等待的超時時間,即select在timeout時間內阻塞,超時時間之內有事件到來就返回了,否則在超時后不管怎樣一定返回,返回值同上述。

  返回值:

  負值:select錯誤 正值:某些文件可讀寫或出錯 0:等待超時,沒有可讀寫或錯誤的文件

  在有了select后可以寫出像樣的網絡程序來!舉個簡單的例子,就是從網絡上接受數據寫入一個文件中。

  例子:

  main()

  {

  int sock;

  FILE *fp;

  struct fd_set fds;

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

  char buffer[256]={0}; //256字節的接收緩沖區

  /* 假定已經建立UDP連接,具體過程不寫,簡單,當然TCP也同理,主機ip和port都已經給定,要寫的文件已經打開

  sock=socket(...);

  bind(...);

  fp=fopen(...); */

  while(1)

  {

  FD_ZERO(&fds); //每次循環都要清空集合,否則不能檢測描述符變化

  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錯誤,退出程序

  case 0:break; //再次輪詢

  default:

  if(FD_ISSET(sock,&fds)) //測試sock是否可讀,即是否網絡上有數據

  {

  recvfrom(sock,buffer,256,.....);//接受網絡數據

  if(FD_ISSET(fp,&fds)) //測試文件是否可寫

  fwrite(fp,buffer...);//寫入文件

  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)作用是設置關注readfd所包含的(句柄)是否有數據可讀,這里就只有sockfd一個。
FD_ISSET是一個宏,不是函數,作用就是檢察一下現在是否有數據可讀。
select 函數是實現多路復用的一種方法,在這里的用意主要是不讓accept阻塞。
////////////////////////////////////////////////////////////////
函數說明
select()用來等待文件描述詞狀態的改變。參數n代表最大的文件描述詞加1,參數readfds、writefds 和exceptfds 稱為描述詞組,是用來回傳該描述詞的讀,寫或例外的狀況。底下的宏提供了處理這三種描述詞組的方式:
FD_CLR(inr fd,fd_set* set);用來清除描述詞組set中相關fd 的位
FD_ISSET(int fd,fd_set *set);用來測試描述詞組set中相關fd 的位是否為真
FD_SET(int fd,fd_set*set);用來設置描述詞組set中相關fd的位
FD_ZERO(fd_set *set); 用來清除描述詞組set的全部位

參數
timeout為結構timeval,用來設置select()的等待時間,其結構定義如下
struct timeval
{
time_t tv_sec;
time_t tv_usec;
};

返回值
如果參數timeout設為NULL則表示select()沒有timeout。

使用select函數可以以非阻塞的方式和多個socket通信。程序只是演示select函數的使用,功能非常簡單,即使某個連接關閉以后也不會修改當前連接數,連接數達到最大值后會終止程序。

1. 程序使用了一個數組fd_A,通信開始后把需要通信的多個socket描述符都放入此數組。

2. 首先生成一個叫sock_fd的socket描述符,用於監聽端口。

3. 將sock_fd和數組fd_A中不為0的描述符放入select將檢查的集合fdsr。

4. 處理fdsr中可以接收數據的連接。如果是sock_fd,表明有新連接加入,將新加入連接的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 }

 


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