select编程实现

select函数详解及实例分析

Select函数在Socket编程中还是比较重要的，可是对于初学Socket的人来说都不太爱用Select写程序，他们只是习惯写诸如connect、 accept、recv或recvfrom这样的阻塞程序（所谓阻塞方式block，顾名思义，就是进程或是线程执行到这些函数时必须等待某个事件的发生，如果事件没有发生，进程或线程就被阻塞，函数不能立即返回）。可是使用Select就可以完成非阻塞（所谓非阻塞方式non-block，就是进程或线程执行此函数时不必非要等待事件的发生，一旦执行肯定返回，以返回值的不同来反映函数的执行情况，如果事件发生则与阻塞方式相同，若事件没有发生则返回一个代码来告知事件未发生，而进程或线程继续执行，所以效率较高）方式工作的程序，它能够监视我们需要监视的文件描述符的变化情况——读写或是异常。下面详细介绍一下！
先说明两个结构体：
1、select机制中提供了一个数据结构 struct fd_set ，可以理解为一个集合，实际上是一个位图，每一个特定为来标志相应大小文件描述符，这个集合中存放的是文件描述符(file descriptor)，即文件句柄(也就是位图上的每一位都能与一个打开的文件句柄(文件描述符)建立联系，这个工作由程序员来完成)，这可以是我们所说的普通意义的文件，当然Unix下任何设备、管道、FIFO等都是文件形式，全部包括在内，所以毫无疑问一个socket就是一个文件，socket句柄就是一个文件描述符。fd_set集合可以通过一些宏由人为来操作，程序员通过操作4类宏，来完成最fd_set的操作：
(1)、FD_ZERO(fd_set *)  清空一个文件描述符集合；
(2)、FD_SET(int ,fd_set *)将一个文件描述符添加到一个指定的文件描述符集合中；
(3)、FD_CLR(int ,fd_set*)       将一个给定的文件描述符从集合中删除；
(4)、FD_ISSET(int ,fd_set* )检查集合中指定的文件描述符是否可以读写。
深入的理解select模型的关键点在于理解fd_set，为了说明方便，我们取fd_set长度为1个字节，fd_set中的每一个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用位表示为 0000,0000 。
（2）若fd = 5 ，则执行 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。没有可读事件发生时 fd = 5 被清空。

2、struct timeval，一个大家常用的结构，用来代表时间值，有两个成员，一个是秒数，另一个是毫秒数。

struct timeval
{
    long tv_sec;    //second
    long tv_usec;   //microsecond
};

这个结构体的精度可以精确至百万分之1秒。

函数原型：

int select(int maxfdp,fd_set *readfds,fd_set *writefds,fd_set *errorfds,struct timeval *timeout); 
具体解释select的参数：
（1）int maxfdp是一个整数值，是指集合中所有文件描述符的范围，即所有文件描述符的最大值加1，不能错。
说明：对于这个原理的解释可以看上边fd_set的详细解释，fd_set是以位图的形式来存储这些文件描述符。maxfdp也就是定义了位图中有效的位的个数。
（2）fd_set *readfds是指向fd_set结构的指针，这个集合中应该包括文件描述符，我们是要监视这些文件描述符的读变化的，即我们关心是否可以从这些文件中读取数据了，如果这个集合中有一个文件可读，select就会返回一个大于0的值，表示有文件可读；如果没有可读的文件，则根据timeout参数再判断是否超时，若超出timeout的时间，select返回0，若发生错误返回负值。可以传入NULL值，表示不关心任何文件的读变化。
（3）fd_set *writefds是指向fd_set结构的指针，这个集合中应该包括文件描述符，我们是要监视这些文件描述符的写变化的，即我们关心是否可以向这些文件中写入数据了，如果这个集合中有一个文件可写，select就会返回一个大于0的值，表示有文件可写，如果没有可写的文件，则根据timeout参数再判断是否超时，若超出timeout的时间，select返回0，若发生错误返回负值。可以传入NULL值，表示不关心任何文件的写变化。
（4）fd_set *errorfds同上面两个参数的意图，用来监视文件错误异常文件。
（5）struct timeval* timeout是select的超时时间，这个参数至关重要，它可以使select处于三种状态，第一，若将NULL以形参传入，即不传入时间结构，就是将select置于阻塞状态，一定等到监视文件描述符集合中某个文件描述符发生变化为止；第二，若将时间值设为0秒0毫秒，就变成一个纯粹的非阻塞函数，不管文件描述符是否有变化，都立刻返回继续执行，文件无变化返回0，有变化返回一个正值；第三，timeout的值大于0，这就是等待的超时时间，即 select在timeout时间内阻塞，超时时间之内有事件到来就返回了，否则在超时后不管怎样一定返回，返回值同上述。
说明：
函数返回：
（1）当监视的相应的文件描述符集中满足条件时，比如说读文件描述符集中有数据到来时，内核(I/O)根据状态修改文件描述符集，并返回一个大于0 的数。
（2）当没有满足条件的文件描述符，且设置的timeval 监控时间超时时，select函数会返回一个为0的值。
（3）当select返回负值时，发生错误。

常见写法：

int main(){{     int sock;     FILE *fp;     struct fd_set fds;     struct timeval timeout={3,0}; //select等待3秒，3秒轮询，要非阻塞就置0     char buffer[256]={0}; //256字节的接收缓冲区     /* 假定已经建立UDP连接，具体过程不写，简单，当然TCP也同理，主机ip和port都已经给定，要写的文件已经打开     sock=socket(...);     bind(...);     fp=fopen(...); */     while(1)     {         FD_ZERO(&fds); //每次循环都要清空集合，否则不能检测描述符变化         FD_SET(sock,&fds); //添加描述符         FD_SET(fp,&fds); //同上         maxfdp=sock>fp?sock+1:fp+1; //描述符最大值加1         switch(select(maxfdp,&fds,&fds,NULL,&timeout)) //select使用         {             case -1: exit(-1);break; //select错误，退出程序             case 0:break; //再次轮询             default:             if(FD_ISSET(sock,&fds)) //测试sock是否可读，即是否网络上有数据             {                 recvfrom(sock,buffer,256,.....);//接受网络数据                     if(FD_ISSET(fp,&fds)) //测试文件是否可写                 fwrite(fp,buffer...);//写入文件                 //buffer清空;             }// end if break;         }// end switch     }//end while}}//end main

测试实例单进程多客户端连接：

/* * Filename: testselect2.c *                 * Version:        * Author:         * Created at:    Mon Feb  9 18:24:23 2015 *                 * Description:    * */#include <stdio.h>#include <unistd.h>  #include <sys/types.h>#include <sys/socket.h>#include <netinet/in.h>  #include <arpa/inet.h>  #include <sys/time.h>  #include <stdlib.h>#include <string.h>#include <errno.h>#define BACKLOG 5#define PORT 9999#define IPADDR "127.0.0.1"#define DATALEN 1024typedef struct st_client{int cli_fd;    char name[20];struct sockaddr_in cli_addr;char data[DATALEN];}client;int main(int argc, char *argv[]){    int maxfd, listenfd, clifd, connfd;int i=0,ncnt = 0,readcnt =0,cur = 0;fd_set allset;struct sockaddr_in serv_addr, cliaddr;    client cli[FD_SETSIZE];char recvbuf[DATALEN];char clibuf[DATALEN];int sin_size;    struct timeval tv;//create socketif((listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0)) == -1){perror("create server socket error");return -1;}int opt = 1;   setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt)); //set socket attributebzero(&serv_addr, sizeof(serv_addr));serv_addr.sin_family = AF_INET;serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(IPADDR);serv_addr.sin_port = htons(PORT);if(bind(listenfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(struct sockaddr)) == -1){perror("bind error");return -1;}if(listen(listenfd, BACKLOG) == -1){perror("listen error");return -1;}maxfd = listenfd;    for(i=0; i<FD_SETSIZE; ++i){cli[i].cli_fd = -1;}FD_ZERO(&allset);FD_SET(listenfd, &allset);    tv.tv_sec = 0; //tv.tv_usec = 0;for(;;){   FD_ZERO(&allset);FD_SET(listenfd, &allset);for(i=0;i<FD_SETSIZE;++i){FD_SET(cli[i].cli_fd, &allset);}memset(recvbuf,0 ,sizeof(recvbuf));ncnt = select(maxfd + 1, &allset, NULL, NULL, &tv);if(ncnt == -1){perror("select error");break;}if(ncnt == 0){continue;}    else{if(FD_ISSET(listenfd, &allset)){   sin_size = sizeof(struct sockaddr_in);   clifd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&cliaddr, &sin_size);if(clifd == -1){perror("accept error");continue;}for(i =0; i< FD_SETSIZE; ++i){if(cli[i].cli_fd == -1){cli[i].cli_fd = clifd;cli[i].cli_addr = cliaddr;memset(clibuf, 0, sizeof(clibuf));sprintf(clibuf, "client [%d]", i);memcpy(cli[i].name, clibuf, strlen(clibuf));memset(clibuf, 0 ,sizeof(clibuf));sprintf(clibuf, "recv client [%d] connection", i);memcpy(cli[i].data, clibuf, strlen(clibuf));printf("recv new connection {%s:%d}\n", inet_ntoa(cliaddr.sin_addr),ntohs(cliaddr.sin_port));break;}}FD_SET(clifd, &allset);if(maxfd < clifd)maxfd = clifd;if(cur < i)cur = i;if(--ncnt <= 0)continue;}}           for(i=0;i <= cur; ++i){connfd = cli[i].cli_fd;if(connfd < 0)continue;    if(FD_ISSET(connfd,&allset)){printf("recv data from client[%d]\n", connfd);if((readcnt = recv(connfd, recvbuf, DATALEN, 0))==0){printf("client[%d] disconnet\n", connfd);close(connfd);   FD_CLR(connfd, &allset);cli[i].cli_fd = -1;//continue;}if(readcnt < 0){if(errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK) continue;else{printf("client[%d] disconnet\n", connfd);close(connfd);FD_CLR(connfd, &allset);cli[i].cli_fd = -1;}}else if(readcnt > 0){printf("recv data %s\n", recvbuf);}                 if(--ncnt <= 0)break;}}}    for(i=0;i<FD_SETSIZE;++i){close(cli[i].cli_fd);cli[i].cli_fd = -1;}close(listenfd);    return 0;}