C--网络编程Select函数用法详解.doc

Socket-Select
2008-09-14 11:31
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 connect、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 待某个事件的发生，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，所以效率较高） 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。下面详细介绍一下！
Select的函数格式：
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，另一个是毫秒数。
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中这个参数的值无所谓，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写变化。
fd_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。
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
在有了select后可以写出像样的网络程序来！举个简单的例子，就是从网络上接受数据写入一个文件中。
例子：
main()
{

int sock;

FILE *fp;

struct fd_set fds;

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

char buffer[256]={0}; //256字节的接收缓冲区

/* 假定已经建立UDP连接，具体过程不写，简单，当然TCP也同理，主机ip和port都已经给定，要写的文件已经打开

sock=socket(...);

bind(...);

fp=fopen(...); */

while(1)

{

   FD_ZERO(&fds); //每次循环都要清空集合，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 -1: 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
由于采用 select 机制, 因此当没有字符可读时, 程序处于阻塞状态,最小程度的占用CPU 资源, 在同一台机器上执行一个 server 和若干个client 时, 系统负载只有 0.1 左右, 而采用原来的非阻塞通信方法, 只运行一个 server, 系统负载就可以达到 1.5 左右. 因此我们推荐使用 select

socket select()用法
一、winsock中
#include <winsock.h>
原型
int select(
int nfds,
fd_set* readfds,
fd_set* writefds,
fd_set* exceptfds,
const struct timeval* timeout
);
nfds：本参数忽略，仅起到兼容作用。
   readfds：（可选）指针，指向一组等待可读性检查的套接口。
   writefds：（可选）指针，指向一组等待可写性检查的套接口。
   exceptfds：（可选）指针，指向一组等待错误检查的套接口。
   timeout：select()最多等待时间，对阻塞操作则为NULL。

注释：
   本函数用于确定一个或多个套接口的状态。对每一个套接口，调用者可查询它的可读性、可写性及错误状态信息。用fd_set结构来表示一组等待检查的套接 口。在调用返回时，这个结构存有满足一定条件的套接口组的子集，并且select()返回满足条件的套接口的数目。有一组宏可用于对fd_set的操作， 这些宏与Berkeley Unix软件中的兼容，但内部的表达是完全不同的。
   readfds参数标识等待可读性检查的套接口。如果该套接口正处于监听listen()状态，则若有连接请求到达，该套接口便被标识为可读，这样一个 accept()调用保证可以无阻塞完成。对其他套接口而言，可读性意味着有排队数据供读取。或者对于SOCK_STREAM类型套接口来说，相对于该套 接口的虚套接口已关闭，于是recv()或recvfrom()操作均能无阻塞完成。如果虚电路被“优雅地”中止，则recv()不读取数据立即返回；如 果虚电路被强制复位，则recv()将以WSAECONNRESET错误立即返回。如果SO_OOBINLINE选项被设置，则将检查带外数据是否存在 （参见setsockopt()）。
   writefds参数标识等待可写性检查的套接口。如果一个套接口正在connect()连接（非阻塞），可写性意味着连接顺利建立。如果套接口并未处于 connect()调用中，可写性意味着send()和sendto()调用将无阻塞完成。〔但并未指出这个保证在多长时间内有效，特别是在多线程环境 中〕。
   exceptfds参数标识等待带外数据存在性或意味错误条件检查的套接口。请注意如果设置了SO_OOBINLINE选项为假FALSE，则只能用这种 方法来检查带外数据的存在与否。对于SO_STREAM类型套接口，远端造成的连接中止和KEEPALIVE错误都将被作为意味出错。如果套接口正在进行 连接connect()（非阻塞方式），则连接试图的失败将会表现在exceptfds参数中。
   如果对readfds、writefds或exceptfds中任一个组类不感兴趣，可将它置为空NULL。
   在winsock.h头文件中共定义了四个宏来操作描述字集。FD_SETSIZE变量用于确定一个集合中最多有多少描述字（FD_SETSIZE缺省值 为64，可在包含winsock.h前用#define FD_SETSIZE来改变该值）。对于内部表示，fd_set被表示成一个套接口的队列，最后一个有效元素的后续元素为INVAL_SOCKET。宏 为：
   FD_CLR(s,*set)：从集合set中删除描述字s。
   FD_ISSET(s,*set)：若s为集合中一员，非零；否则为零。
   FD_SET(s,*set)：向集合添加描述字s。
   FD_ZERO(*set)：将set初始化为空集NULL。
   timeout参数控制select()完成的时间。若timeout参数为空指针，则select()将一直阻塞到有一个描述字满足条件。否则的 话，timeout指向一个timeval结构，其中指定了select()调用在返回前等待多长时间。如果timeval为{0,0}，则 select()立即返回，这可用于探询所选套接口的状态。如果处于这种状态，则select()调用可认为是非阻塞的，且一切适用于非阻塞调用的假设都 适用于它。举例来说，阻塞钩子函数不应被调用，且WINDOWS套接口实现不应yield。

返回值：
   select()调用返回处于就绪状态并且已经包含在fd_set结构中的描述字总数；如果超时则返回0；否则的话，返回SOCKET_ERROR错误，应用程序可通过WSAGetLastError()获取相应错误代码。

错误代码：
   WSANOTINITIALISED：在使用此API之前应首先成功地调用WSAStartup()。
   WSAENETDOWN：WINDOWS套接口实现检测到网络子系统失效。
   WSAEINVAL：超时时间值非法。
   WSAEINTR：通过一个WSACancelBlockingCall()来取消一个（阻塞的）调用。
   WSAEINPROGRESS：一个阻塞的WINDOWS套接口调用正在运行中。
   WSAENOTSOCK：描述字集合中包含有非套接口的元素。

范例 :

sock= socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
struct sockaddr_in addr;      //告诉sock 应该再什么地方licence
memset(&addr,0,sizeof(addr));
addr.sin_family=AF_INET;
addr.sin_port=htons(11111);   //端口啦
addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);        //在本机的所有ip上开始监听

bind (sock,(sockaddr *)&addr,sizeof(addr));//bind....
listen(sock,5);                   //最大5个队列
SOCKET socka;                    //这个用来接受一个连接
fd_set rfd;                     // 描述符集 这个将用来测试有没有一个可用的连接
struct timeval timeout;
FD_ZERO(&rfd);                     //总是这样先清空一个描述符集
timeout.tv_sec=60;                //等下select用到这个
timeout.tv_usec=0;
u_long ul=1;
ioctlsocket(sock,FIONBIO,&ul);    //用非阻塞的连接
//现在开始用select
FD_SET(sock,&rfd);    //把sock放入要测试的描述符集 就是说把sock放入了rfd里面 这样下一步调用select对rfd进行测试的时候就会测试sock了(因为我们将sock放入的rdf) 一个描述符集可以包含多个被测试的描述符,
if(select(sock+1,&rfd,0,0, &timeout)==0)
{ //这个大括号接上面的,返回0那么就超过了timeout预定的时间
//处理....
}
if(FD_ISSET(sock,&rfd))
{      //有一个描述符准备好了
socka=accept(sock,0,0);     //一个用来测试读 一个用来测试写
FD_ZERO(&rfd);
FD_ZERO(&wfd);
FD_SET(socka,&rfd);//把socka放入读描述符集
FD_SET(sockb,&rfd);//把sockb放入读描述符集
FD_SET(socka,&wfd);把socka放入写描述符集
FD_SET(sockb,&wfd);把sockb放入写描述符集
if(SOCKET_ERROR!=select(0,&rfd,&wfd,0,0))      //测试这两个描述符集,永不超时 其中rfd只用来测试读 wfd只用来测试写
{      //没有错误
if(FD_ISSET(socka,&rfd))    //socka可读
{...}
if(FD_ISSET(sockb,&rfd)   //sockb可读
{...}
if(FD_ISSET(socka,&wfd) //socka 可写
{...}
if(FD_ISSET(sockb,&wfd) //sockb可写
{...}
}
二、linux c中
select（I/O多工机制）

表头文件
＃i nclude<sys/time.h>
＃i nclude<sys/types.h>
＃i nclude<unistd.h>

定义函数
int select(int n,fd_set * readfds,fd_set * writefds,fd_set * exceptfds,struct timeval * timeout);

函数说明
select()用来等待文件描述词状态的改变。参数n代表最大的文件描述词加1，参数readfds、writefds 和exceptfds 称为描述词组，是用来回传该描述词的读，写或例外的状况。底下的宏提供了处理这三种描述词组的方式:
FD_CLR(inr fd,fd_set* set)；用来清除描述词组set中相关fd 的位
FD_ISSET(int fd,fd_set *set)；用来测试描述词组set中相关fd 的位是否为真
FD_SET（int fd,fd_set*set）；用来设置描述词组set中相关fd的位
FD_ZERO（fd_set *set）； 用来清除描述词组set的全部位

参数
timeout为结构timeval，用来设置select()的等待时间，其结构定义如下
struct timeval
{
time_t tv_sec;
time_t tv_usec;
};

返回值
如果参数timeout设为NULL则表示select（）没有timeout。

错误代码
执行成功则返回文件描述词状态已改变的个数，如果返回0代表在描述词状态改变前已超过timeout时间，当有错误发生时则返回-1，错误原因存于errno，此时参数readfds，writefds，exceptfds和timeout的值变成不可预测。
EBADF 文件描述词为无效的或该文件已关闭
EINTR 此调用被信号所中断
EINVAL 参数n 为负值。
ENOMEM 核心内存不足

范例
常见的程序片段:fs_set readset；
FD_ZERO(&readset);
FD_SET(fd,&readset);
select(fd+1,&readset,NULL,NULL,NULL);
if(FD_ISSET(fd,readset){……}
下面是linux环境下select的一个简单用法
＃i nclude <sys/time.h>
＃i nclude <stdio.h>
＃i nclude <sys/types.h>
＃i nclude <sys/stat.h>
＃i nclude <fcntl.h>
＃i nclude <assert.h>
int main ()
{
int keyboard;
int ret,i;
char c;
fd_set readfd;
struct timeval timeout;
keyboard = open("/dev/tty",O_RDONLY | O_NONBLOCK);
assert(keyboard>0);
while(1)
    {
timeout.tv_sec=1;
timeout.tv_usec=0;
FD_ZERO(&readfd);
FD_SET(keyboard,&readfd);
ret=select(keyboard+1,&readfd,NULL,NULL,&timeout);
if(FD_ISSET(keyboard,&readfd))
    {
      i=read(keyboard,&c,1);
          if('\n'==c)
          continue;
      printf("hehethe input is %c\n",c);

       if ('q'==c)
      break;
      }
}
}