selector之fd_set

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#多路复用器 #IO模型

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本文详细介绍了select机制的基本原理和使用方法，包括fd_set数据结构及其操作宏，select函数的参数和返回值解释，并提供了示例代码。适用于多路复用I/O场景。

select()机制中提供一fd_set的数据结构，实际上是一long类型的数组，每一个数组元素都能与一打开的文件句柄(不管是socket句柄，还是其他文件或命名管道或设备句柄)建立联系，建立联系的工作由程序员完成，当调用select()时，由内核根据IO状态修改fe_set的内容，由此来通知执行了select()的进程哪一socket或文件可读。

多端口复用函数select在调用前要首先设置监听的端口数目，FD_ZERO是清空端口集，FD_SET是设置端口集。

select()函数常常用在用一个进程监听多个服务器端socket。

有时，select()也被当作延时函数使用。sleep()延时会释放CPU，select()的话，可以在占用CPU的情况下延时。

select()函数主要是建立在fd_set类型的基础上的。fd_set(它比较重要所以先介绍一下)是一组文件描述字(fd)的集合，它用一位来表示一个fd(下面会仔细介绍)，对于fd_set类型通过下面四个宏来操作：

fd_set  set;

FD_ZERO(&set);        /*将set清零使集合中不含任何fd*/

FD_SET(fd, &set);      /*将fd加入set集合*/

FD_CLR(fd, &set);      /*将fd从set集合中清除*/

FD_ISSET(fd, &set);   /*测试fd是否在set集合中*/

过去，一个fd_set通常只能包含<32的fd(文件描述字)，因为fd_set其实只用了一个32位矢量来表示fd; 现在，UNIX系统通常会在头文件<sys/select.h>中定义常量FD_SETSIZE，它是数据类型fd_set的描述字数量，其值通常是1024，这样就能表示<1024的fd。根据fd_set的位矢量实现，我们可以重新理解操作fd_set的四个宏：

fd_set  set;

FD_ZERO(&set);        /*将set的所有位置0，如set在内存中占8位则将set置为00000000*/

FD_SET(0, &set);       /*将set的第0位置1，如set原来是00000000，则现在变为100000000，这样fd==1的文件描述字就被加进set中了*/

FD_CLR(4, &set);       /*将set的第4位置0，如set原来是10001000，则现在变为10000000，这样fd==4的文件描述字就被从set中清除了*/

FD_ISSET(5, &set);     /*测试set的第5位是否为1，如果原来set是10000100，则返回非零，表明fd==5的文件描述符在set中，否则返回0*/

注意：fd的最大值必须<FD_SETSIZE。

select函数的接口比较简单：

int select(int nfds,  fd_set* readset,  fd_set* writeset,  fe_set* exceptset,  struct timeval* timeout);

功能：

测试指定的fd可读？可写？有异常条件待处理？

参数：

nfds： 需要检查的文件描述字个数(即检查到fd_set的第几位)，数值应该比三组fd_set中所含的最大fd值更大，一般设为三组fd_set中所含的最大fd值加1(如在readset, writeset, exceptset中所含最大的fd为5，则nfds＝6，因为fd是从0开始的 )。设这个值是为了提高效率，使函数不必检查fd_set的所有1024位。

readset： 用来检查可读性的一组文件描述字。

writeset： 用来检查可写性的一组文件描述字。

exceptset： 用来检查是否有异常条件出现的文件描述字。(注：错误不包括在异常条件之内)

timeout： 有三种可能：

1.  timeout = NULL (阻塞：直到有一个fd位被置为1函数才返回)

2.  timeout所指向的结构设为非零时间(等待固定时间：有一个fd位被置为1或者时间耗尽，函数均返回)

3.  timeout所指向的结构，时间设为0(非阻塞：函数检查完每一个fd后立即返回)

返回值：返回对应位仍然为1的fd的总数。

Remark：

三组fd_set均将某些fd位置0，只有那些可读，可写以及有异常条件待处理的fd位仍然为1。

使用select函数的过程一般是：

先调用宏FD_ZERO将指定的fd_set清零，然后调用宏FD_SET将需要测试的fd加入fd_set，接着调用函数select测试fd_set中的所有fd，最后用宏FD_ISSET检查某个fd在函数select调用后，相应位是否仍然为1。

以下是一个测试单个文件描述字可读性的例子：

int  isready(int  fd)

{
    int    rc;

    fd_set    fds;

    struct timeval    tv;

    FD_ZERO(&fds);

    FD_SET(fd,  &fds);

    tv.tv_sec = tv.tv_usec = 0;

    rc = select(fd+1, &fds, NULL, NULL, &tv);

    if( rc<0 )  //error

      return -1;

    return FD_ISSET(fd, &fds)  ? 1: 0;

}

下面还有一个复杂一些的应用：

//这段代码将指定测试Socket的描述字的可读可写性，因为Socket使用的也是fd

unit32  SocketWait(TSocket* s,  bool rd,  bool wr,  unit32 timems)

{
    fd_set  rfds, wfds;

 #ifdef _WIN32

    TIMEVAL tv;

#else

    struct timeval   tv;

#endif    /*_WIN32*/

    FD_ZERO(&rfds);

    FD_ZERO(&wfds);

    if(rd)    //TRUE

      FD_SET(*s, &rfds);  //添加要测试的描述字

    if(wr)

      FD_SET(*s, &wfds);

    tv.tv_sec = timems/1000;  //seconds

    tv.tv_usec = timems%1000;  //ms

    for(;;)  //如果errno＝＝EINTR，反复测试缓冲区的可读性

      switch(select((*s)+1, &fds, &wfds, NULL, (timems==TIME_INFINITE?NULL:&tv)))  //测试在规定的时间内套接字接口接收缓冲区是否有数据可读

      {
           // 0——超时,  -1——出错

           case 0:  /*time out*/

               return 0;

           case (-1):    /*socket error*/

              if( SocketError()==EINTR )

                 break;

              return 0;  //有错但不是EINTR

           default:

              if(FD_ISSET(*s, &rfds))  //如果s是fds中的一员返回非0，否则返回0

                 return 1;

              if(FD_ISSET(*s, &wfds))

                 rerun  2;

              return 0;

      };

}