服务器IO模型之Select

阻塞与非阻塞：

widows下创建套接字默认都是阻塞型的，阻塞型的好处是处理简单，理解容易，但是处理多个套接字时，就必须创建多个线程，即一个连接socket使用一个线程。而非阻塞模式比如在处理发送和接收数据时，会立即返回，不管是否有有效的数据，这就需要不断测试返回代码，来确定套接字在什么时候可读/可写，也就是确定网络事件何时发生，比如中断默认就是一种事件触发型，比如菜单按钮也是事件触发性，但是比如快递邮寄包裹，他其实使用的是一种任务制（提前规定好的）。windows也提供了众多的非阻塞I/O模型，如select、WSAAsyncSelect、WSAEventSelect、overlapped、completion port，比如select就可以设置时间，按规定时间去查询事件是否被触发，像WSAAsyncSelect就是事件驱动型的，等，这里主要用在socket端开发服务器程序。

select模型目的：主要是避免在套接字调用上阻塞的应用程序有能力管理多个套接字，即是单一线程模式下只能处理一个套接字的问题，这样可以避免线程膨胀。

select模型函数：

int select(  _In_     int nfds,  _Inout_  fd_set *readfds,  _Inout_  fd_set *writefds,  _Inout_  fd_set *exceptfds,  _In_     const struct timeval *timeout);

参数说明：

nfds [in]：忽略，仅是为了兼容Berkeley套接字

readfds [in, out]：用来检查可读的套接字组合

writefds [in, out]：用来检查可写的套接字组合

exceptfds [in, out]：用来检查异常的套接字组合

timeout [in]：等待的时间, 如果为NULL，等待的时间为无穷大

返回值：select返回那些即将要被处理的socket总和，假如时间超时，将会返回SOCKET_ERROR，可以使用WSAGetLastError获得出错的原因

Select处理过程：假设以read为例，在这里windows主要是先将套接字s添加到readfds集合中，然后等待select函数返回，在select函数里面会移除没有未决的I/O操作的套接字句柄，即移除未响应的IO套接字句柄，然后看s是否认仍然还是readfs集合中，在就说明s可读了

应用程序：

 CInitSock initsock;sockaddr_in addr;USHORT usPort = 6000;SOCKET sListen = ::socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP );if (sListen == INVALID_SOCKET ){TRACE("create socket error:%d\n",  WSAGetLastError());return -1;}addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_port = htons(usPort);addr.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);if (::bind(sListen, (sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) == SOCKET_ERROR){/*WSAEFAULT 10014:The system detected an invalid pointer address   in attempting to use a pointer argument in a call.*/TRACE("bind socket error: %d\n",  WSAGetLastError()); return -1;}::listen(sListen, 5);fd_set fdSocket;FD_ZERO(&fdSocket);FD_SET(sListen, &fdSocket);while (true){fd_set fdRead = fdSocket;int nRet = select(0, &fdRead, NULL, NULL, NULL);if (!nRet || nRet == SOCKET_ERROR  ){TRACE("select error: %d\n",  WSAGetLastError()); return -1;}for (unsigned int i = 0; i < fdSocket.fd_count; i++){if (FD_ISSET(fdSocket.fd_array[i], &fdRead)) //这里选择了fdSocket，是因为下一次循环还要使用fdSocket{if (fdSocket.fd_array[i] == sListen){if (fdSocket.fd_count < FD_SETSIZE){sockaddr_in addrRemote;int nAddrLen = sizeof(addrRemote);SOCKET sNewClient = ::accept(sListen, (sockaddr*)&addrRemote, &nAddrLen);if (sNewClient == INVALID_SOCKET ){TRACE("accept new client socket error: %d\n",  WSAGetLastError());break;}FD_SET(sNewClient, &fdSocket);TRACE("new client: %s\n", inet_ntoa(addrRemote.sin_addr));}}else{char szText[256];int nRecv = ::recv(fdSocket.fd_array[i], szText, sizeof(szText), 0);if (!nRecv || nRecv == SOCKET_ERROR ){TRACE("recv data error: %d\n", WSAGetLastError());closesocket(fdSocket.fd_array[i]);FD_CLR(fdSocket.fd_array[i], &fdSocket);break;}else{szText[nRecv] = '\0';TRACE("recv data: %s", szText);}}}//判断fdsocket里面的socket是否得到处理}}closesocket(sListen);sListen = INVALID_SOCKET;return 0;

这里我使用了CInitSock， 因为在使用socket之前要加载Ws2_32.lib，这里我定义了一个类如下：

#pragma once#include<winsock2.h>#include <ws2tcpip.h>#pragma comment(lib,"Ws2_32.lib")class CInitSock{public:CInitSock(BYTE minVer = 2, BYTE majVer = 2);~CInitSock(void);};

CInitSock::CInitSock(BYTE minVer, BYTE majVer){int nResult;WSADATA wsadata;WORD wVerReq = MAKEWORD(minVer, majVer);if (nResult = ::WSAStartup(wVerReq, &wsadata)){TRACE("WSAStartup Load DLL Failed: %d!\n", nResult);}}CInitSock::~CInitSock(void){/*In a multithreaded environment, WSACleanup terminates  *Windows Sockets operations for all threads. */::WSACleanup();}

默认构造函数里面有一个默认加载的版本，这里在析构函数里面将之前加载的dll资源进行释放，基础的socket服务器模型通常要进行socket创建，绑定到本地地址和端口，监听客户端的连接，一旦有客户端连接，默认会放入fdSocket中，然后将此函数加入fd_set可读的套接字集合中，select返回后，未响应的socket会被移除，即将要被处理的socket会保留下来，然后从fdSocket判断，到底是哪些socket发生了可读操作：

注意：可读操作包括有未处理的连接请求，数据可读，连接关闭/重启/中断

首先第一个判断的就是未处理的连接请求，如果有就建立新的连接通道，加入fdSocket；如果是数据可读，就读取数据；连接关闭会在下面进行测试
客户端程序：使用的是以前的一个简易客户端程序，如下

WORD wVersionRequested; //请求的版本WSADATA wsaData;int nErr;//协商版本号wVersionRequested = MAKEWORD(1,1);nErr = WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);if(nErr != 0){return;}if( LOBYTE(wsaData.wVersion) != 1 ||HIBYTE(wsaData.wVersion) != 1 ){WSACleanup();return;}//创建socket端口SOCKET sockClient = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);SOCKADDR_IN addrSrv;addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr= inet_addr("127.0.0.1");addrSrv.sin_family= AF_INET;addrSrv.sin_port= htons(6000);//绑定端口号connect(sockClient,(SOCKADDR*)&addrSrv,sizeof(SOCKADDR));//收发数据char recvBuf[100], sendBuf[100];memset(recvBuf, 0, 100);memset(sendBuf, 0, 100);sprintf_s(sendBuf,"hello world");send(sockClient, sendBuf, strlen(sendBuf)+1, 0);recv(sockClient, recvBuf, 100, 0);printf("%s\n", recvBuf);//关闭socket通信closesocket(sockClient);WSACleanup();Sleep(1000);

测试结果：

这里需要先运行服务器端，然后再开启客户端程序，服务器端会建立新的连接，并读取客户端发过来的数据然后显示出来，客户端是没有数据的，因为这里服务器端并没有发送数据，如下服务器数据：

再次开启一个客户端的效果如下：

这里并没有进行换行，两行数据在一起了，并不影响测试结果，这里还可以再强制关闭客户端后的结果，如下

这里看到error的代码为10054，我们在winerror.h里面找到如下定义：

//// MessageId: WSAECONNRESET//// MessageText://// An existing connection was forcibly closed by the remote host.//#define WSAECONNRESET                    10054L

从这里也能看出的确是强制关闭，注意服务器端里面的TRACE要给我printf才可以，TRACE默认是在调试下使用的输出语句

Select不足：其实添加到fd_set套接字数量是有限制的，winsock2.h定义的64，自定义也不超过1024，因为值太大，会对服务器的性能有影响，假设有1000个的话，在调用select之前就必须设置这1000个套接字，select返回之后，还必须检查这1000个套接字，所以开销较大。