socket通信中select函数的使用和解释

Posted 2021-02-02 ricks

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)：

Unix系统下解释：

     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

 

Windows平台下解释：

 

1，函数原型：

   int select(int nfds, fd_set* readfds, fd_set* writefds, fd_set* exceptfds, const struct timeval*    timeout);

 

2，参数：

   nfds：      本参数忽略，仅起到兼容作用，设为0即可；

   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：   本函数最多等待时间，对阻塞操作则为NULL。

 

3，返回值：

  （1）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；

  （2）如果超时则返回0；

  （3）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。

 

看下源码：

#ifndef FD_SETSIZE
#define FD_SETSIZE       64
#endif /* FD_SETSIZE */

typedef struct fd_set {
         u_int fd_count;                /* how many are SET? */
         SOCKET   fd_array[FD_SETSIZE];    /* an array of SOCKETs */
} fd_set;

extern int PASCAL FAR __WSAFDIsSet(SOCKET, fd_set FAR *);

#define FD_CLR(fd, set) do { /
     u_int __i; /
     for (__i = 0; __i < ((fd_set FAR *)(set))->;fd_count ; __i++) { /
         if (((fd_set FAR *)(set))->;fd_array[__i] == fd) { /
             while (__i < ((fd_set FAR *)(set))->;fd_count-1) { /
                 ((fd_set FAR *)(set))->;fd_array[__i] = /
                     ((fd_set FAR *)(set))->;fd_array[__i+1]; /
                 __i++; /
             } /
             ((fd_set FAR *)(set))->;fd_count--; /
             break; /
         } /
     } /
} while(0)

#define FD_SET(fd, set) do { /
     u_int __i; /
     for (__i = 0; __i < ((fd_set FAR *)(set))->;fd_count; __i++) { /
         if (((fd_set FAR *)(set))->;fd_array[__i] == (fd)) { /
             break; /
         } /
     } /
     if (__i == ((fd_set FAR *)(set))->;fd_count) { /
         if (((fd_set FAR *)(set))->;fd_count < FD_SETSIZE) { /
             ((fd_set FAR *)(set))->;fd_array[__i] = (fd); /
             ((fd_set FAR *)(set))->;fd_count++; /
         } /
     } /
} while(0)

#define FD_ZERO(set) (((fd_set FAR *)(set))->;fd_count=0)

#define FD_ISSET(fd, set) __WSAFDIsSet((SOCKET)(fd), (fd_set FAR *)(set))
typedef int32_t __fd_mask;

#define _NFDBITS (sizeof(__fd_mask) * 8)      /* 8 bits per byte */

#define __howmany(x,y)   (((x)+((y)-1))/(y))

#ifndef _FD_SET

#   define _FD_SET
    typedef struct __fd_set {
      long fds_bits[__howmany(FD_SETSIZE, (sizeof(long) * 8))];
      } fd_set;

#   ifndef _KERNEL
#     ifdef __cplusplus
         extern "C" {
#     endif /* __cplusplus */

#ifdef _INCLUDE_HPUX_SOURCE
#     define FD_SET(n,p)   (((__fd_mask *)((p)->;fds_bits))[(n)/_NFDBITS] |= (1 <<
((n) % _NFDBITS)))
#     define FD_CLR(n,p) (((__fd_mask *)((p)->;fds_bits))[(n)/_NFDBITS] &= ~(1 <<
((n) % _NFDBITS)))

#     define FD_ISSET(n,p) (((__fd_mask *)((p)->;fds_bits))[(n)/_NFDBITS] & (1 <<
((n) % _NFDBITS)))
#     define FD_ZERO(p)      memset((void *)(p), (int) 0, sizeof(*(p)))
#else
#     define FD_SET(n,p) (__fd_set1(n, p))
#     define FD_CLR(n,p) (__fd_clr(n, p))
#     define FD_ISSET(n,p) (__fd_isset(n, p))
#     define FD_ZERO(p)      memset((void *)(p), (int) 0, sizeof(fd_set))

 

4，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winsock2.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。

 

5，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。

 

6，如何处理

    上面在说明FD_SETSIZE时，winsock2.h中定义FD_SETSIZE的大小为64,这样就对readfds、writefds、exceptfds的socket句柄数进行了限制。在实际应用中可以使用端口分组或者重新定义FD_SETSIZE的方式进行解决。在stdAfx.h最末行添加如下定义：

 

         #define FD_SETSIZE 1024                  //socket句柄数
         #define MAXIMUM_WAIT_OBJECTS    1024     //要等待的对象数

 

    要注意的是我们还重定义了要另一个宏MAXIMUM_WAIT_OBJECTS,它表示要等待的对象数。重定义后，程序在现场运行正常。