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select()函数以及FD_ZERO、FD_SET、FD_CLR、FD_ISSET

2012-09-28 22:10 387 查看
select函数用于在非阻塞中，当一个套接字或一组套接字有信号时通知你，系统提供select函数来实现多路复用输入/输出模型，原型：

int select(int maxfd,fd_set *rdset,fd_set *wrset,fd_set *exset,struct timeval *timeout);

所在的头文件为：#include
<sys/time.h> 和#include <unistd.h>

先对函数中的参数做一个简单的介绍。参数maxfd是需要监视的最大的文件描述符值+1；rdset,wrset,exset分别对应于需要检测的可读文件描述符的集合，可写文件描述符的集
合及异常文件描述符的集合。struct timeval结构用于描述一段时间长度，如果在这个时间内，需要监视的描述符没有事件发生则函数返回，返回值为0。

在这些参数中有一个类似于结构体的东西，fd_set，这是什么的名字，我们先来看看这个所具有的含义吧。这是一组文件描述字(fd)的集合，它用一位来表示一个fd，等等，文件描述字，熟悉吧，之前都把这个当做一个文件的路径保存的地方了，也就是当做是一个文件的标志哦，现不在做猜想了，看看下文是怎么介绍的吧。

对于fd_set类型通过下面四个宏来操作：

FD_ZERO(fd_set *fdset) 将指定的文件描述符集清空，在对文件描述符集合进行设置前，必须对其进行初始化，如果不清空，由于在系统分配内存空间后，通常并不作清空处理，所以结果是不可知的。

FD_SET(fd_set *fdset) 用于在文件描述符集合中增加一个新的文件描述符。

FD_CLR(fd_set *fdset) 用于在文件描述符集合中删除一个文件描述符。

FD_ISSET(int fd,fd_set *fdset) 用于测试指定的文件描述符是否在该集合中。

过去。。。。。。好长一大段哦，为了保证大家的注意力，我决定将这一大段长长的对过去情况的介绍去掉，直接寻找正题，保持目标的关注度啊。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。

好了在研究了一番关于fd_set的信息之后，再回到对select函数的理解上来吧。

功能：测试指定的fd可读？可写？有异常条件待处理？

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：不包括错误)

timeout 用于描述一段时间长度，如果在这个时间内，需要监视的描述符没有事件发生则函数返回，返回值为0。

对于select函数的功能简单的说就是对文件fd做一个测试。测试结果有三种可能：

1.timeout=NULL（阻塞：select将一直被阻塞，直到某个文件描述符上发生了事件）

2.timeout所指向的结构设为非零时间（等待固定时间：如果在指定的时间段里有事件发生或者时间耗尽，函数均返回）

3.timeout所指向的结构，时间设为0（非阻塞：仅检测描述符集合的状态，然后立即返回，并不等待外部事件的发生）

返回值：返回对应位仍然为1的fd的总数。注意啦：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。否则为0哦。举个例子，比如recv(),
在没有数据到来调用它的时候,你的线程将被阻塞,如果数据一直不来,你的线程就要阻塞很久.这样显然不好。所以采用select来查看套节字是否可读(也就是是否有数据读了) 。

步骤如下——

socket s;

.....

fd_set set;

while(1)

{

FD_ZERO(&set);//将你的套节字集合清空

FD_SET(s, &set);//加入你感兴趣的套节字到集合,这里是一个读数据的套节字s

select(0,&set,NULL,NULL,NULL);//检查套节字是否可读,

//很多情况下就是是否有数据(注意,只是说很多情况)

//这里select是否出错没有写

if(FD_ISSET(s, &set) //检查s是否在这个集合里面,

{ //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉

//只保留符合条件的套节字在这个集合里面

recv(s,...);

}

//do something here

}

理解select模型的关键在于理解fd_set,为说明方便，取fd_set长度为1字节，fd_set中的每一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用位表示是0000,0000。

（2）若fd＝5,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。注意：没有事件发生的fd=5被清空。

基于上面的讨论，可以轻松得出select模型的特点：

（1)可监控的文件描述符个数取决与sizeof(fd_set)的值。我这边服务 器上sizeof(fd_set)＝512，每bit表示一个文件描述符，则我服务器上支持的最大文件描述符是512*8=4096。据说可调，另有说虽 然可调，但调整上限受于编译内核时的变量值。本人对调整fd_set的大小不太感兴趣，参考http://www.cppblog.com/CppExplore/archive/2008/03/21/45061.html中的模型2（1）可以有效突破select可监控的文件描述符上限。

（2）将fd加入select监控集的同时，还要再使用一个数据结构array保存放到select监控集中的fd，一是用于再select 返回后，array作为源数据和fd_set进行FD_ISSET判断。二是select返回后会把以前加入的但并无事件发生的fd清空，则每次开始 select前都要重新从array取得fd逐一加入（FD_ZERO最先），扫描array的同时取得fd最大值maxfd，用于select的第一个 参数。

（3）可见select模型必须在select前循环array（加fd，取maxfd），select返回后循环array（FD_ISSET判断是否有时间发生）。

下面给一个伪码说明基本select模型的服务器模型：

array[slect_len];

nSock=0;

array[nSock++]=listen_fd;(之前listen port已绑定并listen)

maxfd=listen_fd;

while{

FD_ZERO(&set);

foreach (fd in array)

{

fd大于maxfd，则maxfd=fd

FD_SET(fd,&set)

}

res=select(maxfd+1,&set,0,0,0)；

if(FD_ISSET(listen_fd,&set))

{

newfd=accept(listen_fd);

array[nsock++]=newfd;

if(--res=0) continue

}

foreach 下标1开始 (fd in array)

{

if(FD_ISSET(fd,&set))

执行读等相关操作

如果错误或者关闭，则要删除该fd，将array中相应位置和最后一个元素互换就好，nsock减一

if(--res=0) continue

}

}

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 tim 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

uint32 SocketWait(TSocket *s,bool rd,bool wr,uint32 timems)

{

fd_set rfds,wfds;

#ifdef _WIN32

TIM tv;

#else

struct tim tv;

#endif

FD_ZERO(&rfds);

FD_ZERO(&wfds);

if (rd) //TRUE

FD_SET(*s,&rfds); //添加要测试的描述字

if (wr) //FALSE

FD_SET(*s,&wfds);

tv.tv_sec=timems/1000; //second

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,&rfds,&wfds,NULL,

(timems==TIME_INFINITE?NULL:&tv))) //测试在规定的时间内套接口接收缓冲区中是否有数据可读

{ //0－－超时，-1－－出错

case 0:

return 0;

case (-1):

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))

return 2;

return 0;

};

}

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