socket通信中select函数的使用和解释

本是古典何须时尚 2022-08-19 11:17 192阅读 0赞

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.