windows套接字I/0模型-选择(select)模型

当我们需要在 Windows 系统下实现网络编程时，可以使用多种网络 IO 模型。其中，select 模型是一种比较简单的多路复用模型，它可以同时监听多个文件描述符（File Descriptor），并等待它们中的任何一个变为可读或可写。本文将向开发人员介绍 Windows 网络编程中的 select 模型，包括其使用方法和相关注意事项。

1.select 模型的使用方法

使用 select 模型需要执行以下几个步骤：

（1）创建 socket

首先，需要使用 socket 函数创建一个套接字，以便进行网络通信。例如：

int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

（2）绑定 IP 和端口

接下来，需要使用 bind 函数将套接字和 IP 地址以及端口号进行绑定。例如：

struct sockaddr_in serveraddr;
serveraddr.sin_family = AF_INET;
serveraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
serveraddr.sin_port = htons(port);
bind(listenfd, (struct sockaddr *)&serveraddr, sizeof(serveraddr));

（3）监听连接请求

使用 listen 函数监听套接字上的连接请求。例如：

listen(listenfd, SOMAXCONN);

（4）初始化 fd_set 集合

定义 fd_set 集合，将需要监听的文件描述符添加到集合中。例如：

fd_set read_fds;
FD_ZERO(&read_fds);
FD_SET(listenfd, &read_fds);

（5）调用 select 函数

调用 select 函数进行监听，等待有文件描述符变为可读或可写时返回。例如：

select(listenfd + 1, &read_fds, NULL, NULL, NULL);

（6）处理可读或可写的文件描述符

当 select 函数返回时，需要遍历 fd_set 集合，找到其中变为可读或可写的文件描述符，并进行相关处理。例如：

for (int i = 0; i <= listenfd; i++) {
if (FD_ISSET(i, &read_fds)) {
if (i == listenfd) {
// 处理新连接请求
// …
} else {
// 处理客户端数据
// …
}
}
}

2.select 模型的注意事项

在使用 select 模型时，需要注意以下几点：

（1）文件描述符数量限制

select 模型的性能随着文件描述符数量的增加而降低，因此需要注意文件描述符数量的限制。一般来说，select 函数能够监听的最大文件描述符数为 FD_SETSIZE（默认值为 64）。

（2）fd_set 集合重置

在每次调用 select 函数前，需要对 fd_set 集合进行重置，以便将之前的状态清空。例如：

FD_ZERO(&read_fds);
FD_SET(listenfd, &read_fds);

（3）非阻塞模式

在使用 select 模型时，建议将文件描述符设置为非阻塞模式，以免在读写数据时出现阻塞。可以使用 fcntl 函数进行设置。例如：

int flags = fcntl(sockfd, F_GETFL, 0);
fcntl(sockfd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);

（4）超时处理

当调用 select 函数时，可以设置一个超时时间，以免长时间阻塞等待文件描述符变为可读或可写。可以使用 timeval 结构体进行设置。例如：

struct timeval tv;
tv.tv_sec = 5; // 超时时间为 5 秒
tv.tv_usec = 0;
select(listenfd + 1, &read_fds, NULL, NULL, &tv);

3.总结

在 Windows 网络编程中，select 模型是一种比较简单的多路复用模型，可以用于同时监听多个文件描述符。使用 select 模型需要创建 socket、绑定 IP 和端口、监听连接请求、初始化 fd_set 集合、调用 select 函数、处理可读或可写的文件描述符等步骤。在使用过程中需要注意文件描述符数量限制、fd_set 集合重置、非阻塞模式和超时处理等问题。掌握 select 模型的使用方法和注意事项，可以帮助开发人员更好地进行网络编程。

4.案例代码

#include <stdio.h>

CInitSock theSock; // 初始化Winsock库
int main()
{
USHORT nPort = 4567; // 此服务器监听的端口号

// 创建监听套节字
SOCKET sListen = ::socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
sockaddr_in sin;
sin.sin_family = AF_INET;
sin.sin_port = htons(nPort);
sin.sin_addr.S_un.S_addr = INADDR_ANY;
// 绑定套节字到本地机器
if(::bind(sListen, (sockaddr*)&sin, sizeof(sin)) == SOCKET_ERROR)
{
printf(" Failed bind() \n");
return -1;
}
// 进入监听模式
::listen(sListen, 5);

// select模型处理过程

// 1）初始化一个套节字集合fdSocket，添加监听套节字句柄到这个集合
fd_set fdSocket; // 所有可用套节字集合
FD_ZERO(&fdSocket);
FD_SET(sListen, &fdSocket);
while(TRUE)
{
// 2）将fdSocket集合的一个拷贝fdRead传递给select函数，
// 当有事件发生时，select函数移除fdRead集合中没有未决I/O操作的套节字句柄，然后返回。
fd_set fdRead = fdSocket;
int nRet = ::select(0, &fdRead, NULL, NULL, NULL);
if(nRet > 0)
{
// 3）通过将原来fdSocket集合与select处理过的fdRead集合比较，
// 确定都有哪些套节字有未决I/O，并进一步处理这些I/O。
for(int i=0; i<(int)fdSocket.fd_count; i++)
{
if(FD_ISSET(fdSocket.fd_array[i], &fdRead))
{
if(fdSocket.fd_array[i] == sListen) // （1）监听套节字接收到新连接
{
if(fdSocket.fd_count < FD_SETSIZE)
{
sockaddr_in addrRemote;
int nAddrLen = sizeof(addrRemote);
SOCKET sNew = ::accept(sListen, (SOCKADDR*)&addrRemote, &nAddrLen);
FD_SET(sNew, &fdSocket);
printf(“接收到连接（%s）\n”, ::inet_ntoa(addrRemote.sin_addr));
}
else
{
printf(" Too much connections! \n");
continue;
}
}
else
{
char szText[256];
int nRecv = ::recv(fdSocket.fd_array[i], szText, strlen(szText), 0);
if(nRecv > 0) // （2）可读
{
szText[nRecv] = ‘\0’;
printf(“接收到数据：%s \n”, szText);
}
else // （3）连接关闭、重启或者中断
{
::closesocket(fdSocket.fd_array[i]);
FD_CLR(fdSocket.fd_array[i], &fdSocket);
}
}
}
}
}
else
{
printf(" Failed select() \n");
break;
}
}
return 0;
}
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