socket基礎函數（2）

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一、select 

winsock中 #include <winsock.h>

原型

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

nfds：本參數忽略，僅起到相容作用。
    readfds：（可選）指標，指向一組等待可讀性檢查的套介面。
    writefds：（可選）指標，指向一組等待可寫性檢查的套介面。
    exceptfds：（可選）指標，指向一組等待錯誤檢查的套介面。
    timeout：select()最多等待時間，對阻塞操作則為NULL。

注釋：
    本函數用於確定一個或多個套介面的狀態。對每一個套介面，調用者可查詢它的可讀性、可寫性及錯誤狀態資訊。

    用fd_set結構來表示一組等待檢查的套介面。 在調用返回時，這個結構存有滿足一定條件的套介面組的子集，並且select()返回滿足條件的套介面的數目。

    有一組宏可用於對fd_set的操作，這些宏與Berkeley Unix軟體中的相容，但內部的表達是完全不同的。

參數：

   readfds：標識等待可讀性檢查的套介面。如果該套介面正處於監聽listen()狀態，則若有串連請求到達，該套介面便被標識為可讀，這樣一個accept()調用保證可以無阻塞完成。

對其他套介面而言，可讀性意味著有排隊資料供讀取。

或者對於SOCK_STREAM類型套介面來說，相對於該套介面的虛套介面已關閉，於是recv()或recvfrom()操作均能無阻塞完成。

如果虛電路被“優雅地”中止，則recv()不讀取資料立即返回；如果虛電路被強制複位，則recv()將以WSAECONNRESET錯誤立即返回。如果SO_OOBINLINE選項被設定，則將檢查帶外資料是否存在（參見setsockopt()）。
    writefds：標識等待可寫性檢查的套介面。如果一個套介面正在connect()串連（非阻塞），可寫性意味著串連順利建立。如果套介面並未處於connect()調用中，可寫性意味著send()和sendto()調用將無阻塞完成。〔但並未指出這個保證在多長時間內有效，特別是在多線程環境中〕。
    exceptfds：標識等待帶外資料存在性或意味錯誤條件檢查的套介面。請注意如果設定了SO_OOBINLINE選項為假FALSE，則只能用這種方法來檢查帶外資料的存在與否。對於SO_STREAM類型套介面，遠端造成的串連中止和KEEPALIVE錯誤都將被作為意味出錯。如果套介面進行中串連connect()（非阻塞方式），則串連試圖的失敗將會表現在exceptfds參數中。
    如果對readfds、writefds或exceptfds中任一個組類不感興趣，可將它置為空白NULL。
    在winsock.h標頭檔中共定義了四個宏來操作描述字集。FD_SETSIZE變數用於確定一個集合中最多有多少描述字（FD_SETSIZE預設值為64，可在包含winsock.h前用#define FD_SETSIZE來改變該值）。對於內部表示，fd_set被表示成一個套介面的隊列，最後一個有效元素的後續元素為INVAL_SOCKET。宏為：
    FD_CLR(s,*set)：從集合set中刪除描述字s。
    FD_ISSET(s,*set)：若s為集合中一員，非零；否則為零。
    FD_SET(s,*set)：向集合添加描述字s。
    FD_ZERO(*set)：將set初始化為空白集NULL。
    timeout： 控制select()完成的時間。若timeout參數為空白指標，則select()將一直阻塞到有一個描述字滿足條件。否則的話，timeout指向一個timeval結構，其中指定了select()調用在返回前等待多長時間。如果timeval為{0,0}，則select()立即返回，這可用於探詢所選套介面的狀態。如果處於這種狀態，則select()調用可認為是非阻塞的，且一切適用於非阻塞調用的假設都適用於它。舉例來說，阻塞鉤子函數不應被調用，且WINDOWS套介面實現不應yield。

設定了timeout的值之後呢，select在沒有檔案描述符監視可用的情況下，會等待這個timeout的時間，時間到了select返回0

如果timeout逾時之前有檔案描述符可用，則返回可用的數量，這時候的timeout則會依然計數，因此如果想要每次都逾時一定的時間那麼在slelect返回>0的值之後要重新裝填timeout的值一次。以保證逾時時間沒有變化。

如果tv_sec和tv_usec都是0，那麼就是逾時時間為0，那麼select就會立刻返回了。

如果timeout這裡是個NULL，那麼逾時就未被啟用，會一直阻塞在監視檔案描述符的地方。

傳回值：
    select()調用返回處於就緒狀態並且已經包含在fd_set結構中的描述字總數；如果逾時則返回0；否則的話，返回SOCKET_ERROR錯誤，應用程式可通過WSAGetLastError()擷取相應錯誤碼。

錯誤碼：
    WSANOTINITIALISED：在使用此API之前應首先成功地調用WSAStartup()。
    WSAENETDOWN：WINDOWS套介面實現檢測到網路子系統失效。
    WSAEINVAL：逾時時間值非法。
    WSAEINTR：通過一個WSACancelBlockingCall()來取消一個（阻塞的）調用。
    WSAEINPROGRESS：一個阻塞的WINDOWS套介面調用正在運行中。
    WSAENOTSOCK：描述字集合中包含有非套介面的元素。

select()函數主要是建立在fd_set類型的基礎上的。fd_set（它比較重要所以先介紹一下）是一組檔案描述字(fd)的集合，它用一位來表示一個fd（下面會仔細介紹），對於fd_set類型通過下面四個宏來操作： 

fd_set set;

FD_ZERO(&set);      

FD_SET(fd, &set);   

FD_CLR(fd, &set);   

FD_ISSET(fd, &set);        

過去，一個fd_set通常只能包含<32的fd（檔案描述字），因為fd_set其實只用了一個32位向量來表示fd；現在,UNIX系統通常會在標頭檔<sys/select.h>中定義常量FD_SETSIZE，它是資料類型fd_set的描述字數量，其值通常是1024，這樣就能表示<1024的fd。根據fd_set的位向量實現，我們可以重新理解操作fd_set的四個宏： 

fd_set set;

FD_ZERO(&set);     

FD_SET(0, &set);   

FD_CLR(4, &set);     

FD_ISSET(5, &set);   

―――――――――――――――――――――――――――――――――――――――

注意fd的最大值必須<FD_SETSIZE。

――――――――――――――――――――――――――――――――――――――― 

select函數的介面比較簡單：

int select(int nfds, fd_set *readset, fd_set *writeset,

fd_set* exceptset, struct tim *timeout); 

功能：

測試指定的fd可讀？可寫？有異常條件待處理？     

參數：

nfds： 需要檢查的檔案描述字個數（即檢查到fd_set的第幾位），數值應該比三組fd_set中所含的最大fd

       值更大，一般設為三組fd_set中所含的最大fd值加1（如在readset,writeset,exceptset中所含最大

       的fd為5，則nfds=6，因為fd是從0開始的）。設這個值是為提高效率，使函數不必檢查fd_set的所

       有1024位。

readset：  用來檢查可讀性的一組檔案描述字。

writeset： 用來檢查可寫性的一組檔案描述字。

exceptset：用來檢查是否有異常條件出現的檔案描述字。(註：錯誤不包括在異常條件之內)

timeout：有三種可能：

         1：timeout=NULL（阻塞：直到有一個fd位被置為1函數才返回）

         2：timeout所指向的結構設為非零時間（等待固定時間：有一個fd位被置為1或者時間耗盡，函數

            均返回）

         3. timeout所指向的結構，時間設為0（非阻塞：函數檢查完每個fd後立即返回） 

傳回值：     

返回對應位仍然為1的fd的總數。 

Remarks：

三組fd_set均將某些fd位置0，只有那些可讀，可寫以及有異常條件待處理的fd位仍然為1。

使用select函數的過程一般是：

先調用宏FD_ZERO將指定的fd_set清零，然後調用宏FD_SET將需要測試的fd加入fd_set，接著調用函數  

select測試fd_set中的所有fd，最後用宏FD_ISSET檢查某個fd在函數select調用後，相應位是否仍然為1。 

以下是一個測試單個檔案描述字可讀性的例子：

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;

 }

下面還有一個複雜一些的應用：

//這段代碼將指定測試Socket的描述字的可讀可寫性，因為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);   //添加要測試的描述字 

     if (wr)     //FALSE

       FD_SET(*s,&wfds); 

     tv.tv_sec=timems/1000;     //second

     tv.tv_usec=timems00;     //ms 

     for (;;) //如果errno==EINTR，反覆測試緩衝區的可讀性

          switch(select((*s)+1,&rfds,&wfds,NULL,

              (timems==TIME_INFINITE?NULL:&tv)))  //測試在規定的時間內套介面接收緩衝區中是否有資料可讀

         {                                              //0－－逾時，-1－－出錯

         case 0:    

              return 0; 

         case (-1):   

              if (SocketError()==EINTR)

                   break;              

              return 0; //有錯但不是EINTR 

          default:

              if (FD_ISSET(*s,&rfds)) //如果s是fds中的一員返回非0，否則返回0

                   return 1;

              if (FD_ISSET(*s,&wfds))

                   return 2;

              return 0;

         };

}

 

Q&A：

和select模型緊密結合的四個宏：

FD_CLR(int fd, fd_set *set);
FD_ISSET(int fd, fd_set *set);
FD_SET(int fd, fd_set *set);
FD_ZERO(fd_set *set);

理解select模型的關鍵在於理解fd_set，為說明方便，取fd_set長度為1位元組，fd_set中的每一bit可以對應一個檔案描述符fd。則1位元組長的fd_set最大可以對應8個fd。
（1）執行fd_set set; FD_ZERO(&set);則set用位表示是0000,0000。
（2）若fd＝5,執行FD_SET(fd,&set);後set變為0001,0000(第5位置為1)
（3）若再加入fd＝2，fd=1,則set變為0001,0011
（4）執行select(6,&set,0,0,0)阻塞等待
（5）若fd=1,fd=2上都發生可讀事件，則select返回，此時set變為0000,0011。注意：沒有事件發生的fd=5被清空。

基於上面的討論，可以輕鬆得出select模型的特點：
（1)可監控的檔案描述符個數取決與sizeof(fd_set)的值。我這邊伺服器上sizeof(fd_set)＝512，每bit表示一個檔案描述符，則我伺服器上支援的最大檔案描述符是512*8=4096。對調整fd_set的大小可參考http://www.cppblog.com/CppExplore/archive/2008/03/21/45061.html中的模型2，可以有效突破select可監控的檔案描述符上限。
（2）將fd加入select監控集的同時，還要再使用一個資料結構array儲存放到select監控集中的fd，一是用於再select返回後，array作為來源資料和fd_set進行FD_ISSET判斷。二是select返回後會把以前加入的但並無事件發生的fd清空，則每次開始select前都要重新從array取得fd逐一加入（FD_ZERO最先），掃描array的同時取得fd最大值maxfd，用於select的第一個參數。
（3）可見select模型必須在select前迴圈array（加fd，取maxfd），select返回後迴圈array（FD_ISSET判斷是否有事件發生）。

 

另外，如果select調用中設定了等待時間，那麼每次調用時都需要重新對這個時間賦值嗎？就像對fd_set處理一樣。
例如：
fd_set readfd;
struct timval tv;
while(1) {
  FD_ZERO(&readfd);
  FD_SET(fd, &readfd);
  tv.tv_sec = 2;
  tv.tv_usec = 0;
  select(maxfd+1, &readfd, NULL, NULL, &tv);
  ......;
}

如上代碼，對fd_set需要每次調用都要重新設定，那麼對tv來說是否也是一樣呢？能不能把對tv的賦值放在while外面？

答案是不行，如果將時間的初始化放在外邊，時間初始化為2秒，假設在1秒後發上了事件，則select將會返回並將tv的時間變成上次阻塞的剩餘時間，即1秒，然後再進行監視通訊端。這是因為linux系統對select()的實現中會修改參數tv為剩餘時間。所以對於select函數中的最後一個參數，需要在迴圈中設定，每次迴圈要重新設定。如果設在迴圈外面，當迴圈執行起來後，每次迴圈select都會修改tv的值，tv的值越來越小，導致最後會產生select函數這tv時間內收不到有效時間，而返回-1，造成錯誤。

 

socket 可讀：

1. 接收緩衝區有資料，一定可讀
2. 對方正常關閉socket，也是可讀
3. 對於偵聽socket，有新連結到達也可讀

 

socket基礎函數（2）