Python: 使用select函数编写nonblocking TCP/IP socket程序

select函数的理解对于灵活运用socket函数编程有直接的影响，我们编写的网络库一般需要支持多连接，因此select提供的特性很好的满足了这一需求。关于select的解释可以参考：select(2) 

使用C或者C++编写一个实例程序相对比较麻烦，我们可以直接使用Python快速开发一个 nonblocking TCP/IP socket Demo来看一下select怎么应用到Socket网络编程。先说明在Python中的socket模块和select模块中提供的函数和 Linux Programmer's Manual中的定义基本相同，用法完全可以借鉴。

在Linux中，我们可以使用select函数实现I/O端口的复用，传递给 select函数的参数会告诉内核：
•我们所关心的文件描述符
•对每个描述符，我们所关心的状态。(我们是要想从一个文件描述符中读或者写，还是关注一个描述符中是否出现异常)
•我们要等待多长时间。(我们可以等待无限长的时间，等待固定的一段时间，或者根本就不等待)

从 select函数返回后，内核告诉我们一下信息：
•对我们的要求已经做好准备的描述符的个数
•对于三种条件哪些描述符已经做好准备.(读，写，异常)

socket函数是支持跨平台的，在Windows中也适用。

先看Echo Server的代码：

# echo server example

import select

import socket

import sys

import Queue

# Create a TCP/IP socket

server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

server.setblocking(0)

# Bind the socket to the port

server_address = ('localhost', 10000)

print >>sys.stderr, 'starting up on %s port %s' % server_address

server.bind(server_address)

# Listen for incoming connections

server.listen(5)

# Sockets from which we expect to read

inputs = [ server ]

# Sockets to which we expect to write

outputs = [ ]

# Outgoing message queues (socket:Queue)

message_queues = {}

while inputs:

    # Wait for at least one of the sockets to be ready for processing

    print >>sys.stderr, 'waiting for the next event'

    readable, writable, exceptional = select.select(inputs, outputs, inputs)

   

    # Handle inputs

    for s in readable:

        if s is server:

            # A "readable" socket is ready to accept a connection

            connection, client_address = s.accept()

            print >>sys.stderr, ' connection from', client_address

            connection.setblocking(0)

            inputs.append(connection)

           

            # Give the connection a queue for data we want to send

            message_queues[connection] = Queue.Queue()

        else:

            data = s.recv(1024)

            if data:

                # A readable client socket has data

                print >>sys.stderr, ' received "%s" from %s' % (data, s.getpeername())

                message_queues[s].put(data)

                # Add output channel for response

                if s not in outputs:

                    outputs.append(s)

            else:

                # Interpret empty result as closed connection

                print >>sys.stderr, ' closing', client_address

                # Stop listening for input on the connection

                if s in outputs:

                    outputs.remove(s)

               

                inputs.remove(s)

                s.close()

               

                # Remove message queue

                del message_queues[s]

    # Handle outputs

    for s in writable:

        try:

            next_msg = message_queues[s].get_nowait()

        except Queue.Empty:

            # No messages waiting so stop checking for writability.

            print >>sys.stderr, ' ', s.getpeername(), 'queue empty'

            outputs.remove(s)

        else:

            print >>sys.stderr, ' sending "%s" to %s' % (next_msg, s.getpeername())

            s.send(next_msg)

               

    # Handle "exceptional conditions"

    for s in exceptional:

        print >>sys.stderr, 'exception condition on', s.getpeername()

        # Stop listening for input on the connection

        inputs.remove(s)

        if s in outputs:

            outputs.remove(s)

        s.close()

       

        # Remove message queue

        del message_queues[s]

先看Echo Client的代码如下：

#Client Process

import socket

import sys

messages = [ 'This is the message. ', 'It will be sent ', 'in parts.']

server_address = ('localhost', 10000)

# Create a TCP/IP socket

socks = [ socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM),

        socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM),

        ]

# Connect the socket to the port where the server is listening

print >>sys.stderr, 'connecting to %s port %s' % server_address

for s in socks:

    s.connect(server_address)

for message in messages:

    # Send messages on both sockets

    for s in socks:

        print >>sys.stderr, '%s: sending "%s"' % (s.getsockname(), message)

        s.send(message)

       

    # Read responses on both sockets

    for s in socks:

        data = s.recv(1024)

        print >>sys.stderr, '%s: received "%s"' % (s.getsockname(), data)

        if not data:

            print >>sys.stderr, 'closing socket', s.getsockname()

            s.close()

下面是运行结果：

先开启Echo Server

再启动Client

紧接着观察Server端的打印信息

最后需要提的一点是select是跨平台的，因此这里的例子是在Windows上运行的，而类似功能的poll(2)和epoll(7)都是只能运行在Linux平台上。

参考资料：

1. select(2) 

2. http://blog.csdn.net/lingfengtengfei/article/details/12392449

3.《The.Python.Standard.Library》