• select函数详解


            Select函数在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!

    先说明两个结构体:

    1、select机制中提供了一个数据结构 struct fd_set ,可以理解为一个集合,实际上是一个位图,每一个特定为来标志相应大小文件描述符,这个集合中存放的是文件描述符(file descriptor),即文件句柄(也就是位图上的每一位都能与一个打开的文件句柄(文件描述符)建立联系,这个工作由程序员来完成),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,程序员通过操作4类宏,来完成最fd_set的操作:

    (1)、FD_ZERO(fd_set *)  清空一个文件描述符集合;

    (2)、FD_SET(int ,fd_set *)将一个文件描述符添加到一个指定的文件描述符集合中;

    (3)、FD_CLR(int ,fd_set*)       将一个给定的文件描述符从集合中删除;

    (4)、FD_ISSET(int ,fd_set* )检查集合中指定的文件描述符是否可以读写。

    深入的理解select模型的关键点在于理解fd_set,为了说明方便,我们取fd_set长度为1个字节,fd_set中的每一个bit可以对应一个文件描述符fd。则1字节长的fd_set最大可以对应8个fd。

    (1)执行fd_set set;FD_ZERO(&set);则set用位表示为 0000,0000 。

    (2)若fd = 5 ,则执行 FD_SET(fd,&set)后,set变为 0001,0000 (第5位置为1)

    (3)若再加入fd=2 ,fd=1,则set变为 0001.0011

    (4)执行select(6,&set,0,0,0)阻塞等待

    (5)若fd=1,fd=2上都发生可读事件,则select返回,此时set变为0000,0011。没有可读事件发生时 fd = 5 被清空。

    2、struct timeval,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。

    struct timeval
    {
        long tv_sec;    //second
        long tv_usec;   //microsecond
    };
    

    这个结构体的精度可以精确至百万分之1秒。


    监测多个文件,只要有一个文件可读/可写/异常/时间到,则返回。

    接下来介绍select函数,函数格式为:

    int select(int maxfdp,fd_set *readfds,fd_set *writefds,fd_set *errorfds,struct timeval*timeout); 
    	最大文件句柄+1							 	超时时间
    			被监测的文件是否可读
    					被监测是否可写的文件
    							被监测是否异常的文件

    具体解释select的参数:

    (1)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。

    说明:对于这个原理的解释可以看上边fd_set的详细解释,fd_set是以位图的形式来存储这些文件描述符。maxfdp也就是定义了位图中有效的位的个数。

    (2fd_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。

    (3)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。

    (4)fd_set *errorfds同上面两个参数的意图,用来监视文件错误异常文件。

    (5)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。

    注意:timeout初始化应该放在while循环里面,每次select循环以后,select()调用会清空timeout指针所指向的struct timeval结构,所以在每次调用select()之前也要重新填充timeout指针所指向的struct timeval结构。

    返回值:返回状态发生变化的描述符总数。 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

     

    select举例:

    ①读取键盘输入值,超时间隔2.5秒,输出用户输入的字符个数。

     

    #include <sys/types.h> 
    #include <sys/time.h> 
    #include <stdio.h> 
    #include <fcntl.h> 
    #include <sys/ioctl.h> 
    #include <unistd.h> 
    #include<stdlib.h>
    
    int main() 
    { 
        char buffer[128]; 
        int result, nread; 
        fd_set inputs, testfds; 
        struct timeval timeout; 
        FD_ZERO(&inputs);//用select函数之前先把集合清零  
         FD_SET(0,&inputs);//把要检测的句柄——标准输入(0),加入到集合里。
         while(1) 
        { 
           testfds = inputs; 
           timeout.tv_sec = 2; 
           timeout.tv_usec = 500000; 
           result = select(FD_SETSIZE, &testfds, (fd_set *)0, (fd_set *)0, &timeout); 
           switch(result) 
           { 
           case 0: 
               printf("timeout/n"); 
    	       break;
    	   case -1: 
               perror("select"); 
               exit(1); 
           default: 
               if(FD_ISSET(0,&testfds)) 
               { 
                   ioctl(0,FIONREAD,&nread);//取得从键盘输入字符的个数,包括回车。 
                   if(nread == 0) 
                   { 
                      printf("keyboard done/n"); 
                      exit(0); 
                   } 
                   nread = read(0,buffer,nread); 
                   buffer[nread] = 0; 
                   printf("read %d from keyboard: %s", nread, buffer); 
             } 
             break; 
          } 
       } 
       return 0;
    } 

     

    ②利用select而不是fork来解决socket中的多客户问题。

     

    服务器端:

    #include <sys/types.h> 
    #include <sys/socket.h> 
    #include <stdio.h> 
    #include <netinet/in.h> 
    #include <sys/time.h> 
    #include <sys/ioctl.h> 
    #include <unistd.h> 
    
    int main() 
    { 
    	int server_sockfd, client_sockfd; 
    	int server_len, client_len; 
    	struct sockaddr_in server_address; 
    	struct sockaddr_in client_address; 
    	int result; 
    	fd_set readfds, testfds; 
    	server_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);//建立服务器端socket 
    	server_address.sin_family = AF_INET; 
    	server_address.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); 
    	server_address.sin_port = htons(9734); 
    	server_len = sizeof(server_address); 
    	bind(server_sockfd, (struct sockaddr *)&server_address, server_len); 
    	listen(server_sockfd, 5); 
    	FD_ZERO(&readfds); 
    	FD_SET(server_sockfd, &readfds);//将服务器端socket加入到集合中
    	while(1) 
    	{
    		char ch;                
    		int fd; 
    		int nread; 
    		testfds = readfds; 
    		printf("server waiting/n"); 
    
    		/*无限期阻塞,并<a href="http://lib.csdn.net/base/softwaretest" class='replace_word' title="软件测试知识库" target='_blank' style='color:#df3434; font-weight:bold;'>测试</a>文件描述符变动 */
    		result = select(FD_SETSIZE, &testfds, (fd_set *)0,(fd_set *)0, (struct timeval *) 0); 
    		if(result < 1) 
    		{ 
    			perror("server5"); 
    			exit(1); 
    		} 
    
    		/*扫描所有的文件描述符*/
    		for(fd = 0; fd < FD_SETSIZE; fd++) 
    		{
    			/*找到相关文件描述符*/
    			if(FD_ISSET(fd,&testfds)) 
    			{ 
    		     	        /*判断是否为服务器套接字,是则表示为客户请求连接。*/
    				if(fd == server_sockfd) 
    				{ 
    					client_len = sizeof(client_address); 
    					client_sockfd = accept(server_sockfd, 
    					(struct sockaddr *)&client_address, &client_len); 
    					FD_SET(client_sockfd, &readfds);//将客户端socket加入到集合中
    					printf("adding client on fd %d/n", client_sockfd); 
    				} 
    
    				/*客户端socket中有数据请求时*/
    				else 
    				{                                          
    					ioctl(fd, FIONREAD, &nread);//取得数据量交给nread
    					
    					/*客户数据请求完毕,关闭套接字,从集合中清除相应描述符 */
    					if(nread == 0) 
    					{ 
    						close(fd); 
    						FD_CLR(fd, &readfds); 
    						printf("removing client on fd %d/n", fd); 
    					} 
    
    					/*处理客户数据请求*/
    					else 
    					{ 
    						read(fd, &ch, 1); 
    						sleep(5); 
    						printf("serving client on fd %d/n", fd); 
    						ch++; 
    						write(fd, &ch, 1); 
    					} 
    				} 
    			} 
    		} 
    	} 
    } 


    客户端:

    #include <sys/types.h> 
    #include <sys/socket.h> 
    #include <stdio.h> 
    #include <netinet/in.h>                                                                    
    #include <arpa/inet.h> 
    #include <unistd.h> 
    
    int main() 
    { 
        int client_sockfd; 
        int len; 
        struct sockaddr_in address;//服务器端网络地址结构体                                           
         int result; 
        char ch = 'A'; 
        client_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);//建立客户端socket                               
        address.sin_family = AF_INET; 
        address.sin_addr.s_addr = inet_addr(“127.0.0.1”);             
        address.sin_port = 9734; 
        len = sizeof(address); 
        result = connect(client_sockfd, (struct sockaddr *)&address, len); 
        if(result == -1) 
        { 
             perror("oops: client2"); 
             exit(1); 
        } 
        write(client_sockfd, &ch, 1); 
        read(client_sockfd, &ch, 1); 
        printf("char from server = %c/n", ch); 
        close(client_sockfd); 
        zexit(0); 
    }                      
    参考:

    http://blog.csdn.net/piaojun_pj/article/details/5991968/

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