Socket编程中的select多路复用

Socket编程中的select多路复用
2011年05月21日
　　Socket编程中的select多路复用
　　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，假如事件没有发生，进程或线程就被阻塞，函数不能立即返回。
　　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，假如事件发生则和阻塞方式相同，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。
　　套接字相关函数默认时采用阻塞方式操作，而大多数情况下，程序不仅仅只拥有一个套接字。当进程以阻塞方式操作其中之一时，必将导致不能使用其他的套接字。如果希望这些套接字同时工作，就必须设计并发的套接字程序，即在一个套接字读写的同时保证另一个套接字也能正常地操作。
　　多路复用函数select把一些文件描述符集合在一起，如果某个文件描述符的状态发生变化，比如进入"写就绪"或者"读就绪"状态，函数select会立即返回，并且通知进程读取或写入数据；如果没有I/O到达，进程将进入阻塞，直到函数select超时退出为止。
　　套接字也是文件，函数select也支持套接字描述符，并且可以应用在TCP协议和UDP协议的套接字中。利用多路复用，进程就可以同时监控多个套接字信息，在多个套接字上并发地执行操作。
　　Select的函数格式：
　　int select(int maxfdp,fd_set *readfds,fd_set *writefds, 
　　fd_set *errorfds,struct timeval *timeout); 
　　先说明两个结构体： 
　　第一，struct fd_set能够理解为文件描述符的集合
　　fd_set集合能够通过一些宏由人为来操作，比如清空集合FD_ZERO(fd_set *)，将一个给定的文件描述符加入集合之中FD_SET(int ,fd_set*)，将一个给定的文件描述符从集合中删除FD_CLR(int,fd_set*)，检查集合中指定的文件描述符是否能够读写FD_ISSET(int ,fd_set* )。
　　第二，struct timeval代表时间值
　　struct timeval{
　　long tv_sec;/*秒*/
　　long tv_usec;/*毫秒*/
　　};
　　具体解释select的参数： 
　　int maxfdp是个整数值，是指集合中任何文件描述符的范围，即任何文件描述符的最大值加1，也可以将它设置为FD_SETSIZE，这是中的一个常量，它说明了最大文件描述符数（通常是1024）。
　　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，我们是要监控这些文件描述符的读变化的，即我们关心是否能够从这些文件中读取数据了，假如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，假如没有可读的文件，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。能够传入NULL值，表示不关心任何文件的读变化。 
　　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，我们是要监控这些文件描述符的写变化的，即我们关心是否能够向这些文件中写入数据了，假如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，假如没有可写的文件，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。能够传入NULL值，表示不关心任何文件的写变化。 
　　fd_set *errorfds用来监控文件错误异常。 
　　struct timeval* timeout是select的超时时间，这个参数至关重要，他能够使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，一定等到监控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，都立即返回继续执行，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。 
　　返回值： 
　　负值：select错误
　　正值：某些文件可读写或出错
　　0：等待超时，没有可读写或错误的文件 
　　例子一：
　　在有了select后能够写出像样的网络程式来！举个简单的例子，就是从网络上接受数据写入一个文件中。  
　　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都已给定，要写的文件已打开 
　　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，退出程式 
　　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
　　例子二： 例子二： /************************************************ * 文件名：select.c * 功能：读取键盘（标准输入--文件描述符0），超时时间设为2.5秒。把键盘读取的内容回显到屏幕上，当输入的字符是Ctrl+D时，就退出程序 ************************************************/ #include  #include  #include  #include  #include  #include  #include  int main() { char buffer[128]; int result, nread; fd_set inputs, testfds; struct timeval timeout; FD_ZERO(&inputs); FD_SET(0,&inputs); while(1) { testfds = inputs; timeout.tv_sec = 2;//2.5秒 timeout.tv_usec = 500000; result = select(FD_SETSIZE, &testfds, (fd_set *)NULL, (fd_set *)NULL, &timeout); switch(result){ case 0://超时 printf("timeout\n"); break; case -1://出错 perror("select"); exit(1); default: if(FD_ISSET(0, &testfds)){ ioctl(0, FIONREAD, &nread); if(nread == 0){ printf("keyboard done\n"); exit(0); } nread = read(0, buffer, nread); buffer[nread] = 0; printf("read %d from keyboard:%s\n", nread, buffer); } break; } } } 结果： tong@ubuntu-desktop:~/c_c++_program/select$ ./select  timeout hello read 6 from keyboard:hello timeout timeout timeout hao read 4 from keyboard:hao timeout timeout timeout timeout timeout timeout timeout dkfkdftimeout dfdtimeout read 9 from keyboard:dkfkdfdfd keyboard done tong@ubuntu-desktop:~/c_c++_program/select$ 例子三： 例子三： /************************************************ * 文件名：server.c * 功能：以多路复用的方式接受客户端的请求 ************************************************/ #include  #include  #include  #include  #include  #include  #include  #include  #include  #define MYPORT 1234 // the port users will be connecting to #define BACKLOG 5 // how many pending connections queue will hold #define BUF_SIZE 200 int fd_A[BACKLOG]; // accepted connection fd int conn_amount; // current connection amount void showclient() { int i; printf("client amount: %d\n", conn_amount); for (i = 0; i socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) { perror("socket"); exit(1); } if (setsockopt(sock_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &yes, sizeof(int)) == -1) { perror("setsockopt"); exit(1); } server_addr.sin_family = AF_INET; // host byte order server_addr.sin_port = htons(MYPORT); // short, network byte order server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // automatically fill with my IP memset(server_addr.sin_zero, '\0', sizeof(server_addr.sin_zero)); if (bind(sock_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) { perror("bind"); exit(1); } if (listen(sock_fd, BACKLOG) == -1) { perror("listen"); exit(1); } printf("listen port %d\n", MYPORT); fd_set fdsr; int maxsock; struct timeval tv; conn_amount = 0; sin_size = sizeof(client_addr); maxsock = sock_fd; while (1) { // initialize file descriptor set FD_ZERO(&fdsr); FD_SET(sock_fd, &fdsr); // timeout setting tv.tv_sec = 30; tv.tv_usec = 0; // add active connection to fd set for (i = 0; i  maxsock) maxsock = new_fd; } else { printf("max connections arrive, exit\n"); send(new_fd, "bye", 4, 0); close(new_fd); break; } } showclient(); } // close other connections for (i = 0; i 发送数据 *****************************************/ #include  #include  #include  #include  #include  #include  #include  int main(int argc,char *argv[]) { int sockfd; int len; struct sockaddr_in address; int result; int i,byte; char char_send[100] = { 0 }; if((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0))==-1) { perror("socket"); exit(EXIT_FAILURE); } if(argc != 3){ printf("Usage: fileclient  \n"); return 0; } if((sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)) == - 1){ perror("sock"); exit(1); } bzero(&address,sizeof (address)); address.sin_family = AF_INET; address.sin_port = htons (atoi(argv[2])); inet_pton(AF_INET,argv[1],&address.sin_addr); /* address.sin_family = AF_INET; address.sin_addr.s_addr = inet_addr("219.222.170.9"); address.sin_port = htons(59053);*/ len = sizeof(address); if((result = connect(sockfd, (struct sockaddr *)&address, len))==- 1) { perror("connect"); exit(EXIT_FAILURE); } for(;;) { //scanf("%s", char_send); gets(char_send); fflush(stdin); if(strcmp(char_send, "exit")==0){ if((byte=send(sockfd,char_send,100,0))==-1) { perror("send"); exit(EXIT_FAILURE); } break; } if((byte=send(sockfd,char_send,100,0))==-1) { perror("send"); exit(EXIT_FAILURE); } /*if((byte=recv(sockfd,&char_recv,1,0))==-1) { perror("recv"); exit(EXIT_FAILURE); } printf("receive from server %c\n",char_recv);*/ } close(sockfd); exit(0); } 打开终端，运行server 结果： tong@ubuntu-desktop:~/c_c++_program/select$ ./server  listen port 1234 new connection client[1] 127.0.0.1:48600 client amount: 1 [0]:4  [1]:0  [2]:0  [3]:0  [4]:0   client[0] send:hello client amount: 1 [0]:4  [1]:0  [2]:0  [3]:0  [4]:0   new connection client[2] 127.0.0.1:48601 client amount: 2 [0]:4  [1]:5  [2]:0  [3]:0  [4]:0   client[1] send:how are you client amount: 2 [0]:4  [1]:5  [2]:0  [3]:0  [4]:0   client[1] send:exit client amount: 2 [0]:4  [1]:5  [2]:0  [3]:0  [4]:0   client[1] close client amount: 1 [0]:4  [1]:0  [2]:0  [3]:0  [4]:0   client[0] send:exit client amount: 1 [0]:4  [1]:0  [2]:0  [3]:0  [4]:0   client[0] close client amount: 0 [0]:0  [1]:0  [2]:0  [3]:0  [4]:0   再打开两个终端，运行client tong@ubuntu-desktop:~/c_c++_program/select$ ./client 127.0.0.1 1234 hello exit tong@ubuntu-desktop:~/c_c++_program/select$ tong@ubuntu-desktop:~/c_c++_program/select$ ./client 127.0.0.1 1234 how are you exit tong@ubuntu-desktop:~/c_c++_program/select$