c++网络编程select函数用法详解

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 buffer256=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( /每次循环都要清空集合，否则不能检测描述符变化 FD_SET(sock, /添加描述符 FD_SET(fp, /同上 maxfdp=sockfp?sock+1:fp+1; /描述符最大值加 1 switch(select(maxfdp,break; /select 错误，退出程序 case 0:break; /再次轮询 default: if(FD_ISSET(sock,/接受网络数据 if(FD_ISSET(fp,/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 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.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 *)/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( /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, /用非阻塞的连接 /现在开始用 select FD_SET(sock, /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, /一个用来测试读 一个用来测试写 FD_ZERO( FD_ZERO( FD_SET(socka,/把 socka 放入读描述符集 FD_SET(sockb,/把 sockb 放入读描述符集 FD_SET(socka,把 socka 放入写描述符集 FD_SET(sockb,把 sockb 放入写描述符集 if(SOCKET_ERROR!=select(0, 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