Socket select FD_ISSET

DESCRIPTION    The functions gettimeofday and settimeofday can get and set the time as
    well as a timezone. The tv argument is a timeval struct, as specified
    in <sys/time.h>:

    struct timeval {
          time_t       tv_sec;     /* seconds */
          suseconds_t   tv_usec; /* microseconds */
    };

其中对tv_usec的说明为时间的毫秒部分。 而在实际中，该函数以及Linux内核返回的timeval
类型的时间值，tv_usec代表的是微秒精度（10的－6次方秒）。

测试代码如下：

#include <stdio.h>
#include <sys/time.h>
#include <time.h>

    int gettimeofday(struct timeval *tv, struct timezone *tz);



int main(int argc,char * argv[]){

    struct timeval tv;
    while(1){
          gettimeofday(&tv,NULL);
          printf("time %u:%u\n",tv.tv_sec,tv.tv_usec);
          sleep(2);

    }
    return 0;

}


返回结果为：

evil@dcenter:~/tmp$ ./a.out
time 1142077839:903605
time 1142077841:910129
time 1142077843:920155
time 1142077845:930180
time 1142077847:940205
time 1142077849:950231
time 1142077851:960256
time 1142077853:970280
time 1142077855:980307
time 1142077857:990331

linux 的socket函数分为阻塞和非阻塞两种方式，比如accept函数，在阻塞模式下，它会一直等待有客户连接。而在非阻塞情况下，会立刻返回。我们一般都希望程序能够运行在非阻塞模式下。一种方法就是做一个死循环，不断去查询各个socket的状态，但是这样会浪费大量的cpu时间。解决这个问题的一个方法就是使用select函数。使用select函数可以以非阻塞的方式和多个socket通信。当有socket需要处理时，select函数立刻返回，期间并不会占用cpu时间。

例程分析：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

#define MYPORT 1234 // 侦听端口

#define BACKLOG 5 // 最大可连接客户端数量

#define BUF_SIZE 200

int fd_A[BACKLOG]; // 连接的FD数组
int conn_amount; // 当前连接的数量

void showclient()
{
int i;
printf("client amount: %d\n", conn_amount);
for (i = 0; i < BACKLOG; i++)
{
printf("[%d]:%d ", i, fd_A[i]);
}
printf("\n\n");
}

int main(void)
{
int sock_fd, new_fd; // 侦听sock_fd, 新连接new_fd
struct sockaddr_in server_addr; // server address information
struct sockaddr_in client_addr; // connector's address information
socklen_t sin_size;
int yes = 1;
char buf[BUF_SIZE];
int ret;
int i;

//创建侦听Socket
if ((sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
{
perror("Create listening socket error!");
exit(1);
}
//配置侦听Socket
//SO_REUSEADDR BOOL 允许套接口和一个已在使用中的地址捆绑。
if (setsockopt(sock_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &yes, sizeof(int)) == -1)
{
perror("setsockopt error!");
exit(1);
}

server_addr.sin_family = AF_INET; // host byte order
server_addr.sin_port = htons(MYPORT); // short, network byte order
server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // automatically fill with my IP
memset(server_addr.sin_zero, '\0', sizeof(server_addr.sin_zero));

//绑定新创建的Socket到指定的IP和端口
if (bind(sock_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1)
{
perror("bind error!");
exit(1);
}
//开始侦听，最大连接数为BACKLOG
if (listen(sock_fd, BACKLOG) == -1)

{
perror("listen error!");
exit(1);
}

printf("listen port %d\n", MYPORT);

//监控文件描述符集合
fd_set fdsr;
//监控文件描述符集合中最大的文件号
int maxsock;
//Select超时返回的时间。
struct timeval    tv;

conn_amount = 0;
sin_size = sizeof(client_addr);
maxsock = sock_fd;
while (1)
{
// 初始化文件描述符集合 initialize file descriptor set
FD_ZERO(&fdsr);
// 把Sock_fd加入到文件描述符集合
FD_SET(sock_fd, &fdsr);

// 超时设置30秒
tv.tv_sec = 30;
tv.tv_usec = 0;

// 把活动的socket的句柄加入到文件描述符集合中
for (i = 0; i < BACKLOG; i++)
{
if (fd_A[i] != 0)
{
FD_SET(fd_A[i], &fdsr);
}
}
//Select 函数原型
//int select（nfds， readfds， writefds， exceptfds， timeout）
//nfds: select监视的文件句柄数,视进程中打开的文件数而定，一般设为呢要监视各文件中的

//最大文件号加一
//readfds:select监视的可读文件句柄集合
//writefds:select监视的可写文件句柄集合。
//exceptfds:select监视的异常文件句柄集合。
//timeout:本次select的超时结束时间。

ret = select(maxsock + 1, &fdsr, NULL, NULL, &tv);

if (ret < 0)
{
perror("select error!");
break;
}
else if (ret == 0)
{
printf("timeout\n");
continue;
}

// 轮询各个文件描述符（socket）
for (i = 0; i < conn_amount; i++)
{
//FD_ISSET（int fd， fdset *fdset）：检查fdset联系的文件句柄fd是否可读写，

// >0表示可读写。
if (FD_ISSET(fd_A[i], &fdsr))
{
//接收数据
ret = recv(fd_A[i], buf, sizeof(buf), 0);
if (ret <= 0) //接收数据出错
{
printf("client[%d] close\n", i);
close(fd_A[i]);
FD_CLR(fd_A[i], &fdsr);
fd_A[i] = 0;
}
else // 数据接收成功
    {
//将接收数据的最后一位补0
if (ret < BUF_SIZE)

memset(&buf[ret], '\0', 1);
printf("client[%d] send:%s\n", i, buf);
}
}
}

// 检查是否有新连接进来，如果有新连接进来，接收连接，生成新socket，

//并加入到监控文件描述符集合中。
if (FD_ISSET(sock_fd, &fdsr))
{
//接受连接
new_fd = accept(sock_fd, (struct sockaddr *)&client_addr, &sin_size);
if (new_fd <= 0)
{
perror("accept socket error!");
continue;
}

// 将新的连接加入到监控文件描述符集合
if (conn_amount < BACKLOG)
{
fd_A[conn_amount++] = new_fd;
printf("new connection client[%d] %s:%d\n", conn_amount,inet_ntoa(client_addr.sin_addr), ntohs(client_addr.sin_port));
if (new_fd > maxsock)
maxsock = new_fd;
}
else
{
printf("max connections arrive, exit\n");
send(new_fd, "bye", 4, 0);
close(new_fd);
break;
}
}
showclient();
}

// 关闭所有连接
for (i = 0; i < BACKLOG; i++)
{
if (fd_A[i] != 0)
{
close(fd_A[i]);
}
}
exit(0);
}

使用select函数可以以非阻塞的方式和多个socket通信。程序只是演示select函数的使用，功能非常简单，即使某个连接关闭以后也不会修改当前连接数，连接数达到最大值后会终止程序。

1. 程序使用了一个数组fd_A，通信开始后把需要通信的多个socket描述符都放入此数组。

2. 首先生成一个叫sock_fd的socket描述符，用于监听端口。

3. 将sock_fd和数组fd_A中不为0的描述符放入select将检查的集合fdsr。

4. 处理fdsr中可以接收数据的连接。如果是sock_fd，表明有新连接加入，将新加入连接的socket描述符放置到fd_A。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

#define MYPORT 1234    // the port users will be connecting to

#define BACKLOG 5     // how many pending connections queue will hold

#define BUF_SIZE 200

int fd_A[BACKLOG];    // accepted connection fd
int conn_amount;    // current connection amount

void showclient()
{
    int i;
    printf("client amount: %d\n", conn_amount);
    for (i = 0; i < BACKLOG; i++) {
        printf("[%d]:%d  ", i, fd_A[i]);
    }
    printf("\n\n");
}

int main(void)
{
    int sock_fd, new_fd;  // listen on sock_fd, new connection on new_fd
    struct sockaddr_in server_addr;    // server address information
    struct sockaddr_in client_addr; // connector's address information
    socklen_t sin_size;
    int yes = 1;
    char buf[BUF_SIZE];
    int ret;
    int i;

    if ((sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {
        perror("socket");
        exit(1);
    }

    if (setsockopt(sock_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &yes, sizeof(int)) == -1) {
        perror("setsockopt");
        exit(1);
    }
   
    server_addr.sin_family = AF_INET;         // host byte order
    server_addr.sin_port = htons(MYPORT);     // short, network byte order
    server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // automatically fill with my IP
    memset(server_addr.sin_zero, '\0', sizeof(server_addr.sin_zero));

    if (bind(sock_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {
        perror("bind");
        exit(1);
    }

    if (listen(sock_fd, BACKLOG) == -1) {
        perror("listen");
        exit(1);
    }

    printf("listen port %d\n", MYPORT);

    fd_set fdsr;
    int maxsock;
    struct timeval tv;

    conn_amount = 0;
    sin_size = sizeof(client_addr);
    maxsock = sock_fd;
    while (1) {
        // initialize file descriptor set
        FD_ZERO(&fdsr);
        FD_SET(sock_fd, &fdsr);

        // timeout setting
        tv.tv_sec = 30;
        tv.tv_usec = 0;

        // add active connection to fd set
        for (i = 0; i < BACKLOG; i++) {
            if (fd_A[i] != 0) {
                FD_SET(fd_A[i], &fdsr);
            }
        }

        ret = select(maxsock + 1, &fdsr, NULL, NULL, &tv);
        if (ret < 0) {
            perror("select");
            break;
        } else if (ret == 0) {
            printf("timeout\n");
            continue;
        }

        // check every fd in the set
        for (i = 0; i < conn_amount; i++) {
            if (FD_ISSET(fd_A[i], &fdsr)) {
                ret = recv(fd_A[i], buf, sizeof(buf), 0);
                if (ret <= 0) {        // client close
                    printf("client[%d] close\n", i);
                    close(fd_A[i]);
                    FD_CLR(fd_A[i], &fdsr);
                    fd_A[i] = 0;
                } else {        // receive data
                    if (ret < BUF_SIZE)
                        memset(&buf[ret], '\0', 1);
                    printf("client[%d] send:%s\n", i, buf);
                }
            }
        }

        // check whether a new connection comes
        if (FD_ISSET(sock_fd, &fdsr)) {
            new_fd = accept(sock_fd, (struct sockaddr *)&client_addr, &sin_size);
            if (new_fd <= 0) {
                perror("accept");
                continue;
            }

            // add to fd queue
            if (conn_amount < BACKLOG) {
                fd_A[conn_amount++] = new_fd;
                printf("new connection client[%d] %s:%d\n", conn_amount,
                        inet_ntoa(client_addr.sin_addr), ntohs(client_addr.sin_port));
                if (new_fd > maxsock)
                    maxsock = new_fd;
            }
            else {
                printf("max connections arrive, exit\n");
                send(new_fd, "bye", 4, 0);
                close(new_fd);
                break;
            }
        }
        showclient();
    }

    // close other connections
    for (i = 0; i < BACKLOG; i++) {
        if (fd_A[i] != 0) {
            close(fd_A[i]);
        }
    }

    exit(0);
}