异步套接字基础:select函数以及FD_ZERO、FD_SET、FD_CLR、FD_ISSET

本文详细介绍了系统提供的select函数,它是实现多路复用输入/输出模型的基础。文章解释了select函数的参数及其工作原理,包括如何使用FD_ZERO, FD_SET等宏来管理文件描述符集合。此外,还给出了一个简单的服务器模型示例。

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select函数: 
          系统提供select函数来实现多路复用输入/输出模型。原型: 
        #include sys/time.h> 
        #include unistd.h> 
      select函数: 
          系统提供select函数来实现多路复用输入/输出模型。原型: 
        #include sys/time.h> 
        #include unistd.h> 
        int select(int maxfd,fd_set *rdset,fd_set *wrset,fd_set *exset,struct timeval *timeout); 
          参数maxfd是需要监视的最大的文件描述符值+1;rdset,wrset,exset分别对应于需要检测的可读文件描述符的集合,可写文件描述符的集 合及异常文件描述符的集合。struct timeval结构用于描述一段时间长度,如果在这个时间内,需要监视的描述符没有事件发生则函数返回,返回值为0。 
  FD_ZERO,FD_SET,FD_CLR,FD_ISSET: 参数maxfd是需要监视的最大的文件描述符值+1;rdset,wrset,exset分别对应于需要检测的可读文件描述符的集合,可写文件描述符的集 合及异常文件描述符的集合。struct timeval结构用于描述一段时间长度,如果在这个时间内,需要监视的描述符没有事件发生则函数返回,返回值为0。 
  FD_ZERO,FD_SET,FD_CLR,FD_ISSET: 
        FD_ZERO(fd_set *fdset);将指定的文件描述符集清空,在对文件描述符集合进行设置前,必须对其进行初始化,如果不清空,由于在系统分配内存空间后,通常并不作清空处理,所以结果是不可知的。 
        FD_SET(fd_set *fdset);用于在文件描述符集合中增加一个新的文件描述符。 
        FD_CLR(fd_set *fdset);用于在文件描述符集合中删除一个文件描述符。 
        FD_ISSET(int fd,fd_set *fdset);用于测试指定的文件描述符是否在该集合中。 
  struct timeval结构: 
        struct timeval{ 
        long tv_sec;//second 
        long tv_usec;//minisecond 

  } 

timeout设置情况: 
        null:select将一直被阻塞,直到某个文件描述符上发生了事件。 
        0:仅检测描述符集合的状态,然后立即返回,并不等待外部事件的发生。 
        特定的时间值:如果在指定的时间段里没有事件发生,select将超时返回。 
--
('fd_set') 是一组文件描述符(fd)的集合。由于fd_set类型的长度在不同平台上不同,因此应该用一组标准的宏定义来处理此类变量:
fd_set set; FD_ZERO(&set); /* 将set清零 */ FD_SET(fd, &set); /* 将fd加入set */ FD_CLR(fd, &set); /* 将fd从set中清除 */ FD_ISSET(fd, &set); /* 如果fd在set中则真 */ 
在 过去,一个fd_set通常只能包含少于等于32个文件描述符,因为fd_set其实只用了一个int的比特矢量来实现,在大多数情况下,检查 fd_set能包括任意值的文件描述符是系统的责任,但确定你的fd_set到底能放多少有时你应该检查/修改宏FD_SETSIZE的值。*这个值是系 统相关的*,同时检查你的系统中的select() 的man手册。有一些系统对多于1024个文件描述符的支持有问题。


多路复用的方式是真正实用的服务器程序,非多路复用的网络程序只能作为学习或着陪测的角色。本文说下个人
接触过的多路复用函数:select/poll/epoll/port。kqueue的*nix系统没接触过,估计熟悉了上面
四种,kqueue也只是需要熟悉一下而已。
一、select模型
select原型: int select(int n, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
其中参数n表示监控的所有fd中最大值+1。
和select模型紧密结合的四个宏,含义不解释了:
FD_CLR(int fd, fd_set *set);
FD_ISSET(int fd, fd_set *set);
FD_SET(int fd, fd_set *set);
FD_ZERO(fd_set *set);
理解select模型的关键在于理解fd_set,为说明方便,取fd_set长度为1字节,fd_set中的每一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用位表示是0000,0000。
(2)若fd=5,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。注意:没有事件发生的fd=5被清空。

基于上面的讨论,可以轻松得出select模型的特点:
(1)可监控的文件描述符个数取决与sizeof(fd_set)的值。我这边服务 器上sizeof(fd_set)=512,每bit表示一个文件描述符,则我服务器上支持的最大文件描述符是512*8=4096。据说可调,另有说虽 然可调,但调整上限受于编译内核时的变量值。本人对调整fd_set的大小不太感兴趣,参考http://www.cppblog.com /CppExplore/archive/2008/03/21/45061.html中的模型2(1)可以有效突破select可监控的文件描述符上 限。
(2)将fd加入select监控集的同时,还要再使用一个数据结构array保存放到select监控集中的fd,一是用于再select 返回后,array作为源数据和fd_set进行FD_ISSET判断。二是select返回后会把以前加入的但并无事件发生的fd清空,则每次开始 select前都要重新从array取得fd逐一加入(FD_ZERO最先),扫描array的同时取得fd最大值maxfd,用于select的第一个 参数。
(3)可见select模型必须在select前循环array(加fd,取maxfd),select返回后循环array(FD_ISSET判断是否有时间发生)。
下面给一个伪码说明基本select模型的服务器模型:

array[slect_len];
nSock=0;
array[nSock++]=listen_fd;(之前listen port已绑定并listen)
maxfd=listen_fd;
while{
   FD_ZERO(&set);
   foreach (fd in array) 
   {
       fd大于maxfd,则maxfd=fd
       FD_SET(fd,&set)
   }
   res=select(maxfd+1,&set,0,0,0);
   if(FD_ISSET(listen_fd,&set))
   {
       newfd=accept(listen_fd);
       array[nsock++]=newfd;
            if(--res=0) continue
   }
   foreach 下标1开始 (fd in array) 
   {
       if(FD_ISSET(fd,&set))
          执行读等相关操作
          如果错误或者关闭,则要删除该fd,将array中相应位置和最后一个元素互换就好,nsock减一
             if(--res=0) continue
   }
}

#include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <netinet/ip.h> #include <arpa/inet.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <stdlib.h> #include <sys/select.h> int main(int argc, char const *argv[]) { // 1.先构造一张关于文件描述符的表 fd_set rfds, tempfds; // 2.清空表 FD_ZERO FD_ZERO(&rfds); FD_ZERO(&tempfds); char buf[128] = {0}; int ret = 0; int acceptfd; // 1.创建流式套接字 int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (sockfd < 0) { perror("socket err"); return -1; } printf("sockfd:%d\n", sockfd); // 指定网络信息 struct sockaddr_in saddr, caddr; saddr.sin_family = AF_INET; saddr.sin_port = htons(atoi(argv[1])); // 端口 saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // IP int len = sizeof(caddr); // 绑定:绑定服务器信息(IP地址\端口号等) if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr)) < 0) { perror("bind err"); return -1; } printf("bind okk\n"); // 监听:将主动套接字变为被动套接字 if (listen(sockfd, 8) < 0) // 队列1:未完成链接队列 // 队列2:已连接队列 { perror("listen err"); return -1; } printf("listen okk\n"); FD_SET(0, &rfds); // 键盘 FD_SET(sockfd, &rfds); // sockfd int max = sockfd; while (1) { tempfds = rfds; // 0 // 4.调用select函数 ret = select(max + 1, &tempfds, NULL, NULL, NULL); if (ret < 0) { perror("select err"); return -1; } if (FD_ISSET(0, &tempfds)) { // 6.做对应的逻辑处理 fgets(buf, sizeof(buf), stdin); printf("buf:%s\n", buf); } if (FD_ISSET(sockfd, &tempfds)) { // 4 5 6 7 // 阻塞等待链接 acceptfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&caddr, &len); // 在TCP服务器中,有两类文件描述符 // 一类用于通信的文件描述符:可能有多个(accept函数返回值) // 一类用于连接的文件描述符:只有一个(socket函数返回值) if (acceptfd < 0) { perror("acceptfd err"); return -1; } printf("acceptfd:%d\n", acceptfd); printf("ip:%s port:%d\n", inet_ntoa(caddr.sin_addr), ntohs(caddr.sin_port)); FD_SET(acceptfd, &rfds); if (acceptfd > max) max = acceptfd; } for (int i = sockfd + 1; i <= max; i++) { if (FD_ISSET(i, &tempfds)) { // // 通信 // // read(acceptfd,buf,sizeof(buf)); ret = recv(i, buf, sizeof(buf), 0); if (ret < 0) { perror("recv err"); return -1; } else if (ret == 0) { printf("client exit\n"); close(i); // 从原表中删除 FD_CLR(i, &rfds); // 3 4 5 while (!FD_ISSET(max, &rfds)) max--; } else printf("buf:%s\n", buf); // 关闭文件描述符 // close(acceptfd); } } memset(buf, 0, sizeof(buf)); } close(sockfd); return 0; } 讲解一下代一行一行讲解,尽量详细
06-07
int server_Listening(int server_sockfd) { struct sockaddr_in client_address; int client_sockfd, ret = 0; int select_result,fd,client_len,data_size; struct timeval timeout; fd_set readfds, testfds; FD_ZERO(&readfds); FD_SET(server_sockfd, &readfds); while(1) { //每一轮监听后结构体被清0,每监听完一轮就要对结构体重新赋值,指定监听对象 testfds = readfds; timeout.tv_sec = 2; timeout.tv_usec = 500000; select_result = select(FD_SETSIZE, &testfds, NULL, NULL, &timeout); if (select_result < 0) { return -1; } //perr_exit("select error"); for(fd = 0; fd < FD_SETSIZE; fd++) /*扫描所有的socket(文件)描述符*/ { if(FD_ISSET(fd,&testfds))/*找到可以读写相关socket(文件)描述符*/ { if(fd == server_sockfd) //为服务器socket,是则表示为客户请求连接。 { client_len = sizeof(client_address); client_sockfd = accept(server_sockfd,(struct sockaddr *)&client_address,&client_len); if(client_sockfd < 0) return -1; FD_SET(client_sockfd, &readfds);//将客户端socket加入到集合中 } else //客户端socket中有数据请求时 { ioctl(fd, FIONREAD, &data_size);//nread得到fd缓冲区的大小,就是当client写入缓冲区,这操作是读取缓冲区的大小 // n=read(fd,buf,sizeof(buf));//n即和nread一致 /*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(data_size == 0) { //test FASTCGI_LOG("\n client_close_remore :%d\n\n\n\n",fd); close(fd); FD_CLR(fd, &readfds); } else if(!PerformServerTransfer(fd)){ return -1; } } } } } }帮我优化这个函数 形参为sockfd,PerformServerTransfer函数为连接之后的通信 ,帮我优化这个server_Listening函数
07-12
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