windows下的IO模型之选择(select)模型

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了windows下的IO模型之选择(select)模型相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

1.选择(select)模型:
选择模型:通过一个fd_set集合管理套接字,在满足套接字需求后,通知套接字。让套接字进行工作。避免套接字进入阻塞模式,进行无谓的等待。选择模型的核心的FD_SET集合和select函数。通过该函数,我们可以们判断套接字上是否存在数据,或者能否向一个套接字写入数据。

用途如果我们想接受多个SOCKET的数据,该怎么处理呢?

由于当前socket是阻塞的,直接处理是一定完成不了要求的

a.我们会想到多线程,的确可以解决线程的阻塞问题,但开辟大量的线程并不是什么好的选择;

b我们可以想到用ioctlsocket()函数把socket设置成非阻塞的,然后用循环逐个socket查看当前套接字是否有数据,轮询进行。

这种是可以解决问题的,但是会导致频繁切换状态到内核去查看是否有数据到达,浪费时间。

c.于是想办法用只切换一次状态就知道所有socket的接受缓冲区是否有数据,于是有了select模型

2.select函数:
int select(
    int nfds,//忽略,只是为了保持与早期的Berkeley套接字应用程序的兼容

    fd_set FAR* readfds,//可读性检查(有数据可读入,连接关闭,重设,终止)
    fd_set FAR* writefds,//可写性检查(有数据可发出)
    fd+set FAR* exceptfds,//带外数据检查(带外数据)
    const struct timeval FAR* timeout//超时
    );


3.select模型的工作步骤:
(1)定义一个集合fd_set并初始化为空

(2)把套接字加入到fd_set集合

(3)检查套接字的可读写性
(4)检查套接字是否还在fd_set集合上
(5)处理数据

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

	FD_SET(m_socklisten,&fdsets);//将socket加入到集合中(此例子是一个socket),将多个socket加入时,可以用数组加for循环

	select(NULL,&fdsets,NULL,NULL,&tv);//只检查可读性,即fd_set中的fd_read进行操作

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

4.select函数参数详解:  

三个 fd_set参数:一个用于检查可读性(readfds),一个用于检查可写性(writefds),另一个用于例外数据( excepfds)。

从根本上说,fdset数据类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个条件的套接字:

■ 有数据可以读入。
■ 连接已经关闭、重设或中止。
■ 假如已调用了listen,而且一个连接正在建立,那么accept函数调用会成功。

writefds集合包括符合下述任何一个条件的套接字:

■ 有数据可以发出。
■ 如果已完成了对一个非锁定连接调用的处理,连接就会成功。
最后,exceptfds集合包括符合下述任何一个条件的套接字:
■ 假如已完成了对一个非锁定连接调用的处理,连接尝试就会失败。
■ 有带外(out-of-band,OOB)数据可供读取。

最后一个参数timeout:

对应的是一个指针,它指向一个timeval结构,用于决定select最多等待 I / O操作完成多久的时间。

如 timeout是一个空指针,那么select调用会无限期地“锁定”或停顿下去,直到至少有一个描述符符合指定的条件后结束。

对timeval结构的定义如下:

struct timeval {
long tv_sec;
long tv_usec;

} ;

若将超时值设置为(0,0),表明select会立即返回,允许应用程序对 select操作进行“轮询”。出于对性能方面的考虑,应避免这样的设置。

select成功完成后,会在 fd_set结构中,返回刚好有未完成的I/O操作的所有套接字句柄的总量。

若超过timeval设定的时间,便会返回0。

如何测试一个套接字是否“可读”?

必须将自己的套接字增添到readfds集合,再等待select函数完成。

select完成之后,必须判断自己的套接字是否仍为readfds集合的一部分。若答案是肯定的,便表明该套接字“可读”,可立即着手从它上面读取数据。

在三个参数中(readfds、writedfss和exceptfds),任何两个都可以是空值(NULL);但是,至少有一个不能为空值!在任何不为空的集合中,必须包含至少一个套接字句柄;

否则, select函数便没有任何东西可以等待。

不管由于什么原因,假如select调用失败,都会返回SOCKET_ERROR

5.select

一个套接字阻塞或者不阻塞,select就在那里,它可以针对这2种套接字使用,对任何一种套接字的轮询检测,超时时间都是有效的,区别就在于:

当select完毕,认为该套接字可读时,

1 .阻塞的套接字,会让read阻塞,直到读到所需要的所有字节;

2 .非阻塞的套接字,会让read读完fd中的数据后就返回,但如果原本你要求读10个数据,这时只读了8个数据,如果你不再次使用select来判断它是否可读,而是直接read,很可能返回EAGAIN或=EWOULDBLOCK(BSD风格) ,
     此错误由在非阻塞套接字上不能立即完成的操作返回,例如,当套接字上没有排队数据可读时调用了recv()函数。此错误不是严重错误,相应操作应该稍后重试。对于在非阻塞   SOCK_STREAM套接字上调用connect()函数来说,报告EWOULDBLOCK是正常的,因为建立一个连接必须花费一些时间。

     EWOULDBLOCK的意思是如果你不把socket设成非阻塞(即阻塞)模式时,这个读操作将阻塞,也就是说数据还未准备好(但系统知道数据来了,所以select告诉你那个socket可读)。使用非阻塞模式做I/O操作的细心的人会检查errno是不是EAGAIN、EWOULDBLOCK、EINTR,如果是就应该重读,一般是用循环。如果你不是一定要用非阻塞就不要设成这样,这就是为什么系统的默认模式是阻塞。

完整代码参考:

#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;//请求连接的数目

//FD_SETSIZE是在winsocket2.h头文件里定义的,这里windows默认最大为64
//在包含winsocket2.h头文件前使用宏定义可以修改这个值


struct ClientInfo
{
    SOCKET sockClient;
    SOCKADDR_IN addrClient;
};

ClientInfo g_Client[FD_SETSIZE];

DWORD WINAPI WorkThread(LPVOID lpParameter);

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{//基本步骤就不解释了,网络编程基础那篇博客里讲的很详细了
    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);//用来处理手法消息的进程
    if (hand == NULL)
    {
        cout<<"Create work thread failed\n";
        getchar();
        return -1;
    }

    SOCKET sockClient;
    SOCKADDR_IN addrClient;
    int nLenAddrClient = sizeof(SOCKADDR);//这里用0初试化找了半天才找出错误

    while (true)
    {
        sockClient = accept(sockListen,(SOCKADDR*)&addrClient,&nLenAddrClient);//第三个参数一定要按照addrClient大小初始化
        //输出连接者的地址信息
        //cout<<inet_ntoa(addrClient.sin_addr)<<":"<<ntohs(addrClient.sin_port)<<"has connect !"<<endl;

        if (sockClient != INVALID_SOCKET)
        {
            g_Client[g_nSockConn].addrClient = addrClient;//保存连接端地址信息
            g_Client[g_nSockConn].sockClient = sockClient;//加入连接者队列
            g_nSockConn++;
        }


    }

    closesocket(sockListen);
    WSACleanup();

    return 0;
}

DWORD WINAPI WorkThread(LPVOID lpParameter)
{
    FD_SET fdRead;
    int nRet = 0;//记录发送或者接受的字节数
    TIMEVAL tv;//设置超时等待时间
    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);
        }

        //只处理read事件,不过后面还是会有读写消息发送的
        nRet = select(0,&fdRead,NULL,NULL,&tv);

        if (nRet == 0)
        {//没有连接或者没有读事件
            continue;
        }

        for (int i = 0;i < g_nSockConn;i++)
        {
            if (FD_ISSET(g_Client[i].sockClient,&fdRead))
            {
                nRet = recv(g_Client[i].sockClient,buf,sizeof(buf),0);

                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)
                    {
                        //将失效的sockClient剔除,用数组的最后一个补上去
                        g_Client[i--].sockClient = g_Client[--g_nSockConn].sockClient;
                    }
                }
                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;
}

  

服务器的主要步骤:

1.创建监听套接字,绑定,监听

2.创建工作者线程

3.创建一个套接字组,用来存放当前所有活动的客户端套接字,没accept一个连接就更新一次数组

4.接收客户端的连接,因为没有重新定义FD_SIZE宏,服务器最多支持64个并发连接。最好是记录下连接数,不要无条件的接受连接

 

工作线程

工作线程是一个死循环,依次循环完成的动作是:

1.将当前客户端套接字加入到fd_read集中

2.调用select函数

3.用FD_ISSET查看时候套接字还在读集中,如果是就接收数据。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,我们要释放这个套接字资源,调整我们的套接字数组(让下一个补上)。上面还有个nRet==0的判断,

   就是因为select函数会立即返回,连接数为0会陷入死循环。

本文参考:http://blog.csdn.net/rheostat/article/details/9815725

以上是关于windows下的IO模型之选择(select)模型的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

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一.Windows I/O模型之选择(select)模型

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