Windows socket之Select模型开发

来源：互联网发布：古剑奇谭二电视剧知乎编辑：程序博客网时间：2024/06/05 06:46

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Windows socket select模型开发。

套接字select模型是一种比较常用的IO模型。利用该模型可以使Windows socket应用程序可以同时管理多个套接字。

使用select模型，可以使当执行操作的套接字满足可读可写条件时，给应用程序发送通知。收到这个通知后，应用程序再去调用相应的Windows socket API去执行函数调用。

Select模型的核心是select函数。调用select函数检查当前各个套接字的状态。根据函数的返回值判断套接字的可读可写性。然后调用相应的Windows Sockets API完成数据的发送、接收等。

阻塞模式和非阻塞模式的优点和不足:

阻塞模式套接字执行IO操作时，如果执行操作的条件未满足，线程就会阻塞在调用的函数上。程序不得不处于等待状态，但是由于并不知道客户请求何时到来，因此函数在何时返回不得而知。

非阻塞模式套接字执行IO操作时，在任何时候函数都会立即返回。但程序员必须为此编写更多的代码。这增加了开发Windows socket应用程序的难度。另外由于不断的循环调用导致程序效率很低。

Select模型是Windows sockets中最常见的IO模型。它利用select函数实现IO 管理。通过对select函数的调用，应用程序可以判断套接字是否存在数据、能否向该套接字写入数据。

如：在调用recv函数之前，先调用select函数，如果系统没有可读数据那么select函数就会阻塞在这里。当系统存在可读或可写数据时，select函数返回，就可以调用recv函数接收数据了。

可以看出使用select模型，需要两次调用函数。第一次调用select函数第二次socket API。使用该模式的好处是：可以等待多个套接字。

select函数

[cpp] view plaincopy
<span style="font-size:18px;">int select (  
   Int nfds,//被忽略。传入0即可。  
   fd_set *readfds,//可读套接字集合。  
   fd_set *writefds,//可写套接字集合。  
   fd_set *exceptfds,//错误套接字集合。  
   const struct timeval*timeout);//select函数等待时间。</span>  

该函数返回处于就绪态并且已经被包含在fd_set结构中的套接字总数。如果超时则返回0。

第一个参数nfds被忽略。

第二个参数readfds，可读性套接字集合指针。

第三个参数writefds，可写性套接字集合指针。

第四个参数exceptfds，检查错误套接字集合指针。

第五个参数timeout，等待时间。

fd_set结构是一个结构体。

[cpp] view plaincopy
<span style="font-size:18px;">typedef struct fd_set  
{  
     u_int fd_count;  
     socket fd_array[FD_SETSIZE];  
}fd_set;</span>  

fd_cout表示该集合套接字数量。最大为64.

fd_array套接字数组。

select函数中需要三个fd_set结构:

一：准备接收数据的套接字集合，即可读性集合。

二：准备发送数据的套接字集合，即可写性集合。

在select函数返回时，会在fd_set结构中，填入相应的套接字。

readfds数组将包括满足以下条件的套接字：

1：有数据可读。此时在此套接字上调用recv，立即收到对方的数据。

2：连接已经关闭、重设或终止。

3：正在请求建立连接的套接字。此时调用accept函数会成功。

writefds数组包含满足下列条件的套接字：

1：有数据可以发出。此时在此套接字上调用send,可以向对方发送数据。

2：调用connect函数，并连接成功的套接字。

exceptfds数组将包括满足下列条件的套接字：

1：调用connection函数，但连接失败的套接字。

2：有带外（out of band）数据可读。

select函数的使用:

在调用select函数对套接字进行监视之前，必须将要监视的套接字分配给上述三个数组中的一个。然后调用select函数，再次判断需要监视的套接字是否还在原来的集合中。就可以知道该集合是否正在发生IO操作。

例如：应用程序想要判断某个套接字是否存在可读的数据，需要进行如下步骤：

1：将该套接字加入到readfds集合。

2：以readfds作为第二个参数调用select函数。

3：当select函数返回时，应用程序判断该套接字是否仍然存在于readfds集合。

4：如果该套接字存在与readfds集合，则表明该套接字可读。此时就可以调用recv函数接收数据。否则，该套接字不可读。

在调用select函数时，readfds、writefds和exceptfds三个参数至少有一个为非空。并且在该非空的参数中，必须至少包含一个套接字。否则select函数将没有任何套接字可以等待。

timeval结构体用于定义select的等待时间。

[cpp] view plaincopy
<span style="font-size:18px;">structure timeval  
{  
   long tv_sec;//秒。  
    long tv_usec;//毫秒。  
};</span>  

当timeval为空指针时，select会一直等待，直到有符合条件的套接字时才返回。

当tv_sec和tv_usec之和为0时，无论是否有符合条件的套接字，select都会立即返回。

当tv_sec和tv_usec之和为非0时，如果在等待的时间内有套接字满足条件，则该函数将返回符合条件的套接字。如果在等待的时间内没有套接字满足设置的条件，则select会在时间用完时返回，并且返回值为0。

为了方便使用，windows sockets提供了下列宏，用来对fd_set进行一系列操作。使用以下宏可以使编程工作简化。

FD_CLR(s,*set);从set集合中删除s套接字。

FD_ISSET(s,*set);检查s是否为set集合的成员。

FD_SET(s,*set);将套接字加入到set集合中。

FD_ZERO(*set);将set集合初始化为空集合。

在开发Windows sockets应用程序时，通过下面的步骤，可以完成对套接字的可读写判断:

1：使用FD_ZERO初始化套接字集合。如FD_ZERO(&readfds);

2:使用FD_SET将某套接字放到readfds内。如：

FD_SET(s,&readfds);

3:以readfds为第二个参数调用select函数。select在返回时会返回所有fd_set集合中套接字的总个数，并对每个集合进行相应的更新。将满足条件的套接字放在相应的集合中。

4:使用FD_ISSET判断s是否还在某个集合中。如：

FD_ISSET(s,&readfds);

5:调用相应的Windows socket api 对某套接字进行操作。

select返回后会修改每个fd_set结构。删除不存在的或没有完成IO操作的套接字。这也正是在第四步中可以使用FD_ISSET来判断一个套接字是否仍在集合中的原因。

看例子，该例演示了一个服务器程序使用select模型管理套接字。

[cpp] view plaincopy
 SOCKET listenSocket;  

[cpp] view plaincopy
SOCKET acceptSocket;  
FD_SET socketSet;  
FD_SET writeSet;  
FD_SET readSet;  
  
  
  
FD_ZERO(&socketSet);  
FD_SET(listenSocket,&socketSet);  
while(true)  
{  
    FD_ZERO(&readSet);  
    FD_ZERO(&writeSet);  
    readSet=socketSet;  
    writeSet=socketSet;  
  
    //同时检查套接字的可读可写性。  
    int ret=select(0,&readSet,&writeSet,NULL,NULL);//为等待时间传入NULL，则永久等待。传入0立即返回。不要勿用。  
    if(ret==SOCKET_ERROR)  
    {  
        return false;  
    }  
    sockaddr_in addr;  
    int len=sizeof(addr);  
    //是否存在客户端的连接请求。  
    if(FD_ISSET(listenSocket,&readSet))//在readset中会返回已经调用过listen的套接字。  
    {  
        acceptSocket=accept(listenSocket,(sockaddr*)&addr,&len);  
        if(acceptSocket==INVALID_SOCKET)  
        {  
            return false;  
        }  
        else  
        {  
            FD_SET(acceptSocket,&socketSet);  
        }  
    }  
  
    for(int i=0;i<socketSet.fd_count;i++)  
    {  
        if(FD_ISSET(socketSet.fd_array[i],&readSet))  
        {  
            //调用recv，接收数据。  
        }  
        if(FD_ISSET(socketSet.fd_array[i]),&writeSet)  
        {  
            //调用send，发送数据。  
        }  
    }  
}  

以下展示了一个客户端程序使用select模型的用法。注意与服务器用法相区别。主要区别就是不可能有请求进来，也就不需要使用allsocketfds。仅仅对一个套接字进行判断：

[cpp] view plaincopy
CRemoteFileDownloadClientDlg*pdlg=(CRemoteFileDownloadClientDlg*)ppram;  
  
    FD_SET readfds;  
    FD_SET writefds;  
  
    while(pdlg->m_IsConnected)  
    {  
        FD_ZERO(&readfds);  
        FD_ZERO(&writefds);  
        FD_SET(pdlg->m_ServerSocket,&readfds);  
        FD_SET(pdlg->m_ServerSocket,&writefds);  
          
  
        int ret=select(0,&readfds,&writefds,NULL,NULL);//NULL为无限等待。0立即返回。  
        if(ret>0)  
        {  
            if(FD_ISSET(pdlg->m_ServerSocket,&readfds));//注意与服务器此处写法相区别。  
            {  
                pdlg->recvData();  
            }  
            if(FD_ISSET(pdlg->m_ServerSocket,&writefds))  
            {  
                //可写。  
                pdlg->sendData();  
            }  
              
        }  
  
    }  