windows下的IO模型之選擇（select）模型

1.選擇(select)模型:
選擇模型：通過一個fd_set集合管理套接字，在滿足套接字需求后，通知套接字。讓套接字進行工作。

選擇模型的核心是FD_SET集合和select函數。通過該函數，我們可以們判斷套接字上是否存在數據，或者能否向一個套接字寫入數據。

用途：如果我們想接受多個SOCKET的數據，該怎么處理呢？

由於當前socket是阻塞的，直接處理是一定完成不了要求的

a.我們會想到多線程，的確可以解決線程的阻塞問題，但開辟大量的線程並不是什么好的選擇； 

b我們可以想到用ioctlsocket()函數把socket設置成非阻塞的，然后用循環逐個socket查看當前套接字是否有數據，輪詢進行。

這種是可以解決問題的，但是會導致頻繁切換狀態到內核去查看是否有數據到達，浪費時間。

c.於是想辦法用只切換一次狀態就知道所有socket的接受緩沖區是否有數據，於是有了select模型，select是阻塞的,Select的好處是可以同時處理若干個Socket,

 

select阻塞么

 

一個套接字阻塞或者不阻塞，select就在那里，它可以針對這2種套接字使用，對任何一種套接字的輪詢檢測，超時時間都是有效的，區別就在於：

 當select完畢，認為該套接字可讀時，

 1 .阻塞的套接字，會讓read阻塞，直到讀到所需要的所有字節； 

2 .非阻塞的套接字，會讓read讀完fd中的數據后就返回，但如果原本你要求讀10個數據，這時只讀了8個數據，如果你不再次使用select來判斷它是否可讀，而是直接read，很可能返回EAGAIN或=EWOULDBLOCK(BSD風格) ，
     此錯誤由在非阻塞套接字上不能立即完成的操作返回，例如，當套接字上沒有排隊數據可讀時調用了recv()函數。此錯誤不是嚴重錯誤，相應操作應該稍后重試。對於在非阻塞   SOCK_STREAM套接字上調用connect()函數來說，報告EWOULDBLOCK是正常的，因為建立一個連接必須花費一些時間。

 　　 EWOULDBLOCK的意思是如果你不把socket設成非阻塞(即阻塞)模式時，這個讀操作將阻塞，也就是說數據還未准備好(但系統知道數據來了，所以select告訴你那個socket可讀)。使用非阻塞模式做I/O操作的細心的人會檢查errno是不是EAGAIN、EWOULDBLOCK、EINTR，如果是就應該重讀，一般是用循環。如果你不是一定要用非阻塞就不要設成這樣，這就是為什么系統的默認模式是阻塞。

 通過完善select模型可以得到IO復用模型，詳情請看：http://www.cnblogs.com/curo0119/p/8461520.html

一個IO模型的阻塞非阻塞指的是數據訪問過程，而不是socket.

select是一個異步阻塞模型。

 

 

2.select函數:
int select(
    int nfds,//忽略，只是為了保持與早期的Berkeley套接字應用程序的兼容

    fd_set FAR* readfds,//可讀性檢查(有數據可讀入，連接關閉，重設，終止)，為空則不檢查可讀性
    fd_set FAR* writefds,//可寫性檢查(有數據可發出)，為空則不檢查可寫性
    fd+set FAR* exceptfds,//帶外數據檢查(帶外數據)，為空則不檢查
    const struct timeval FAR* timeout//超時
    );

3.select模型的工作步驟:
(1)定義一個集合fd_set並用fd_zero宏初始化為空

(2)用FD_SET宏，把套接字句柄加入到fd_set集合

(3)調用select函數，檢查每個套接字的可讀可寫性，select完成后，會返回所有在fd_set集合中有數據到達的socket的socket句柄總數，並對每個集合進行更新，即沒有數據到達的socket在原集合中會被置成空。
(4)根據select的返回值以及FD_ISSET宏，對FD_SET集合進行檢查
(5)知道了每個集合中“待決”的I/O操作后，對相應I/O操作進行處理，返回步驟1，繼續select

select函數返回后，會修改FD_SET的結構，刪除不存在待決IO操作的套接字，這也就是為什么我們之后要用FD_ISSET判斷是否還在集合中的原因。

bool UDPNet::SelectSocket()
{
	timeval tv;
	tv.tv_sec =0;
	tv.tv_usec = 100;
	fd_set fdsets;//創建集合
	FD_ZERO(&fdsets); //初始化集合

	FD_SET(m_socklisten,&fdsets);//將socket加入到集合中（此例子是一個socket）,將多個socket加入時，可以用數組加for循環

	select(NULL,&fdsets,NULL,NULL,&tv);//只檢查可讀性，即fd_set中的fd_read進行操作

	if(!FD_ISSET(m_socklisten,&fdsets))//檢查 s是否s e t集合的一名成員；如答案是肯定的是，則返回 T R U E。
	{
		return false;
	}
	return true;
}

4.select函數參數詳解：　　

三個 fd_set參數：一個用於檢查可讀性（readfds），一個用於檢查可寫性（writefds），另一個用於例外數據（ excepfds）。

從根本上說，fdset數據類型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個條件的套接字：

■ 有數據可以讀入。
■ 連接已經關閉、重設或中止。
■ 假如已調用了listen，而且一個連接正在建立，那么accept函數調用會成功。

writefds集合包括符合下述任何一個條件的套接字：

■ 有數據可以發出。
■ 如果已完成了對一個非鎖定連接調用的處理，連接就會成功。
最后，exceptfds集合包括符合下述任何一個條件的套接字：
■ 假如已完成了對一個非鎖定連接調用的處理，連接嘗試就會失敗。
■ 有帶外（out-of-band，OOB）數據可供讀取。

最后一個參數timeout:

對應的是一個指針，它指向一個timeval結構，用於決定select最多等待 I / O操作完成多久的時間。

如 timeout是一個空指針，那么select調用會無限期地“鎖定”或停頓下去，直到至少有一個描述符符合指定的條件后結束。

對timeval結構的定義如下：

struct timeval {
long tv_sec;
long tv_usec;

} ;

若將超時值設置為（0,0），表明select會立即返回，允許應用程序對 select操作進行“輪詢”。出於對性能方面的考慮，應避免這樣的設置。

select成功完成后，會在 fd_set結構中，返回剛好有未完成的I/O操作的所有套接字句柄的總量。

若超過timeval設定的時間，便會返回0。

如何測試一個套接字是否“可讀”？

必須將自己的套接字增添到readfds集合，再等待select函數完成。

select完成之后，必須判斷自己的套接字是否仍為readfds集合的一部分。若答案是肯定的，便表明該套接字“可讀”，可立即着手從它上面讀取數據。

在三個參數中（readfds、writedfss和exceptfds），任何兩個都可以是空值（NULL）；但是，至少有一個不能為空值！在任何不為空的集合中，必須包含至少一個套接字句柄；

否則， select函數便沒有任何東西可以等待。

不管由於什么原因，假如select調用失敗，都會返回SOCKET_ERROR

5.select優缺點：

優點：可實現單線程處理多個任務

缺點：

a.等待數據到達的過程以及將數據從內核拷貝到用戶的過程總也存在一定阻塞

b.管理的set數組有一定上限，最多是64個（可通過重置fd_setsize將上限擴大到1024）

c.select低效是因為每次它都需要輪詢。

 

完整代碼參考：

#include "stdafx.h"
#include <WinSock2.h>
#include <iostream>
using namespace std;

#include <stdio.h>

#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")

#define PORT 8000
#define MSGSIZE 255
#define SRV_IP "127.0.0.1"

int g_nSockConn = 0;//請求連接的數目

//FD_SETSIZE是在winsocket2.h頭文件里定義的，這里windows默認最大為64
//在包含winsocket2.h頭文件前使用宏定義可以修改這個值


struct ClientInfo
{
    SOCKET sockClient;
    SOCKADDR_IN addrClient;
};

ClientInfo g_Client[FD_SETSIZE];

DWORD WINAPI WorkThread(LPVOID lpParameter);

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{//基本步驟就不解釋了，網絡編程基礎那篇博客里講的很詳細了
    WSADATA wsaData;
    WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsaData);

    SOCKET sockListen = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP);

    SOCKADDR_IN addrSrv;
    addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(SRV_IP);
    addrSrv.sin_family = AF_INET;
    addrSrv.sin_port = htons(PORT);

    bind(sockListen,(SOCKADDR*)&addrSrv,sizeof(SOCKADDR));

    listen(sockListen,64);

    DWORD dwThreadIDRecv = 0;
    DWORD dwThreadIDWrite = 0;

    HANDLE hand = CreateThread(NULL,0, WorkThread,NULL,0,&dwThreadIDRecv);//用來處理手法消息的進程
    if (hand == NULL)
    {
        cout<<"Create work thread failed\n";
        getchar();
        return -1;
    }

    SOCKET sockClient;
    SOCKADDR_IN addrClient;
    int nLenAddrClient = sizeof(SOCKADDR);//這里用0初試化找了半天才找出錯誤

    while (true)
    {
        sockClient = accept(sockListen,(SOCKADDR*)&addrClient,&nLenAddrClient);//第三個參數一定要按照addrClient大小初始化
        //輸出連接者的地址信息
        //cout<<inet_ntoa(addrClient.sin_addr)<<":"<<ntohs(addrClient.sin_port)<<"has connect !"<<endl;

        if (sockClient != INVALID_SOCKET)
        {
            g_Client[g_nSockConn].addrClient = addrClient;//保存連接端地址信息
            g_Client[g_nSockConn].sockClient = sockClient;//加入連接者隊列
            g_nSockConn++;
        }


    }

    closesocket(sockListen);
    WSACleanup();

    return 0;
}

DWORD WINAPI WorkThread(LPVOID lpParameter)
{
    FD_SET fdRead;
    int nRet = 0;//記錄發送或者接受的字節數
    TIMEVAL tv;//設置超時等待時間
    tv.tv_sec = 1;
    tv.tv_usec = 0;
    char buf[MSGSIZE] = "";

    while (true)
    {
        FD_ZERO(&fdRead);
        for (int i = 0;i < g_nSockConn;i++)
        {
            FD_SET(g_Client[i].sockClient,&fdRead);
        }

        //只處理read事件，不過后面還是會有讀寫消息發送的
        nRet = select(0,&fdRead,NULL,NULL,&tv);

        if (nRet == 0)
        {//沒有連接或者沒有讀事件
            continue;
        }

        for (int i = 0;i < g_nSockConn;i++)
        {
            if (FD_ISSET(g_Client[i].sockClient,&fdRead))
            {
　　　　　　　　　　//如果在集合中，向下進行相應的IO操作
                nRet = recv(g_Client[i].sockClient,buf,sizeof(buf),0);//看是否能正常接收到數據

                if (nRet == 0 || (nRet == SOCKET_ERROR && WSAGetLastError() == WSAECONNRESET))
                {
                    cout<<"Client "<<inet_ntoa(g_Client[i].addrClient.sin_addr)<<"closed"<<endl;
                    closesocket(g_Client[i].sockClient);

                    if (i < g_nSockConn-1)
                    {
                        //將失效的sockClient剔除，用數組的最后一個補上去
                        g_Client[i--].sockClient = g_Client[--g_nSockConn].sockClient;
　　　　　　　　　　　　　　//i--是因為要重新判斷新的i的位置的socket是否失效
                    }
                }
                else
                {
                    cout<<inet_ntoa(g_Client[i].addrClient.sin_addr)<<": "<<endl;
                    cout<<buf<<endl;
                    cout<<"Server:"<<endl;
                    //gets(buf);
                    strcpy(buf,"Hello!");
                    nRet = send(g_Client[i].sockClient,buf,strlen(buf)+1,0);
                }
            }
        }
    }
    return 0;
}

　　

服務器的主要步驟：

1.創建監聽套接字，綁定，監聽

2.創建工作者線程

3.創建一個套接字組，用來存放當前所有活動的客戶端套接字，沒accept一個連接就更新一次數組

4.接收客戶端的連接，因為沒有重新定義FD_SIZE宏，服務器最多支持64個並發連接。最好是記錄下連接數，不要無條件的接受連接

 

工作線程

工作線程是一個死循環，依次循環完成的動作是：

1.將當前客戶端套接字加入到fd_read集中

2.調用select函數

3.用FD_ISSET查看時候套接字還在讀集中，如果是就接收數據。如果接收的數據長度為0,或者發生WSAECONNRESET錯誤，，則

   表示客戶端套接字主動關閉，我們要釋放這個套接字資源，調整我們的套接字數組（讓下一個補上）。上面還有個nRet==0的判斷，

   就是因為select函數會立即返回，連接數為0會陷入死循環。

本文參考：http://blog.csdn.net/rheostat/article/details/9815725