select详解

发布时间:2017-1-21 2:04:15 编辑:www.fx114.net 分享查询网我要评论
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select系统调用是用来让我们的程序监视多个文件句柄(file descrīptor)的状态变化的。程序会停在select这里等待,直到被监视的文件句柄有某一个或多个发生了状态改变。 文件在句柄在Linux里很多,如果你man某个函数,在函数返回值部分说到成功后有一个文件句柄被创建的都是的,如man socket可以看到“On success, a file descrīptor for the new socket is returned.”而man 2 open可以看到“open() and creat() return the new file descrīptor”,其实文件句柄就是一个整数,看socket函数的声明就明白了: int socket(int domain, int type, int protocol); 当然,我们最熟悉的句柄是0、1、2三个,0是标准输入,1是标准输出,2是标准错误输出。0、1、2是整数表示的,对应的FILE *结构的表示就是stdin、stdout、stderr,0就是stdin,1就是stdout,2就是stderr。 比如下面这两段代码都是从标准输入读入9个字节字符: #include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <string.h> int main(int argc, char ** argv) {         char buf[10] = "";         read(0, buf, 9); /* 从标准输入 0 读入字符 */         fprintf(stdout, "%s\n", buf); /* 向标准输出 stdout 写字符 */         return 0; } /* **上面和下面的代码都可以用来从标准输入读用户输入的9个字符** */ #include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <string.h> int main(int argc, char ** argv) {         char buf[10] = "";         fread(buf, 9, 1, stdin); /* 从标准输入 stdin 读入字符 */         write(1, buf, strlen(buf));         return 0; } 继续上面说的select,就是用来监视某个或某些句柄的状态变化的。select函数原型如下: int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout); 函数的最后一个参数timeout显然是一个超时时间值,其类型是struct timeval *,即一个struct timeval结构的变量的指针,所以我们在程序里要申明一个struct timeval tv;然后把变量tv的地址&tv传递给select函数。struct timeval结构如下: struct timeval {              long    tv_sec;         /* seconds */              long    tv_usec;        /* microseconds */          }; 第2、3、4三个参数是一样的类型: fd_set *,即我们在程序里要申明几个fd_set类型的变量,比如rdfds, wtfds, exfds,然后把这个变量的地址&rdfds, &wtfds, &exfds 传递给select函数。这三个参数都是一个句柄的集合,第一个rdfds是用来保存这样的句柄的:当句柄的状态变成可读的时系统就会告诉select函数返回,同理第二个wtfds是指有句柄状态变成可写的时系统就会告诉select函数返回,同理第三个参数exfds是特殊情况,即句柄上有特殊情况发生时系统会告诉select函数返回。特殊情况比如对方通过一个socket句柄发来了紧急数据。如果我们程序里只想检测某个socket是否有数据可读,我们可以这样: fd_set rdfds; /* 先申明一个 fd_set 集合来保存我们要检测的 socket句柄 */ struct timeval tv; /* 申明一个时间变量来保存时间 */ int ret; /* 保存返回值 */ FD_ZERO(&rdfds); /* 用select函数之前先把集合清零 */ FD_SET(socket, &rdfds); /* 把要检测的句柄socket加入到集合里 */ tv.tv_sec = 1; tv.tv_usec = 500; /* 设置select等待的最大时间为1秒加500毫秒 */ ret = select(socket + 1, &rdfds, NULL, NULL, &tv); /* 检测我们上面设置到集合rdfds里的句柄是否有可读信息 */ if(ret < 0) perror("select");/* 这说明select函数出错 */ else if(ret == 0) printf("超时\n"); /* 说明在我们设定的时间值1秒加500毫秒的时间内,socket的状态没有发生变化 */ else { /* 说明等待时间还未到1秒加500毫秒,socket的状态发生了变化 */     printf("ret=%d\n", ret); /* ret这个返回值记录了发生状态变化的句柄的数目,由于我们只监视了socket这一个句柄,所以这里一定ret=1,如果同时有多个句柄发生变化返回的就是句柄的总和了 */     /* 这里我们就应该从socket这个句柄里读取数据了,因为select函数已经告诉我们这个句柄里有数据可读 */     if(FD_ISSET(socket, &rdfds)) { /* 先判断一下socket这外被监视的句柄是否真的变成可读的了 */         /* 读取socket句柄里的数据 */         recv(...);     } } 注意select函数的第一个参数,是所有加入集合的句柄值的最大那个值还要加1。比如我们创建了3个句柄: int sa, sb, sc; sa = socket(...); /* 分别创建3个句柄并连接到服务器上 */ connect(sa,...); sb = socket(...); connect(sb,...); sc = socket(...); connect(sc,...); FD_SET(sa, &rdfds);/* 分别把3个句柄加入读监视集合里去 */ FD_SET(sb, &rdfds); FD_SET(sc, &rdfds); 在使用select函数之前,一定要找到3个句柄中的最大值是哪个,我们一般定义一个变量来保存最大值,取得最大socket值如下: int maxfd = 0; if(sa > maxfd) maxfd = sa; if(sb > maxfd) maxfd = sb; if(sc > maxfd) maxfd = sc; 然后调用select函数: ret = select(maxfd + 1, &rdfds, NULL, NULL, &tv); /* 注意是最大值还要加1 */ 同样的道理,如果我们要检测用户是否按了键盘进行输入,我们就应该把标准输入0这个句柄放到select里来检测,如下: FD_ZERO(&rdfds); FD_SET(0, &rdfds); tv.tv_sec = 1; tv.tv_usec = 0; ret = select(1, &rdfds, NULL, NULL, &tv); /* 注意是最大值还要加1 */ if(ret < 0) perror("select");/* 出错 */ else if(ret == 0) printf("超时\n"); /* 在我们设定的时间tv内,用户没有按键盘 */ else { /* 用户有按键盘,要读取用户的输入 */     scanf("%s", buf); } Part 1: Select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!  Select的函数格式(我所说的是Unix系统下的伯克利socket编程,和windows下的有区别,一会儿说明):  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可以理解为一个集合,这个集合中存放的是文件描述符(filedescriptor),即文件句柄,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,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可以读写FD_ISSET(int ,fd_set* )。一会儿举例说明。  第二,struct timeval是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。  具体解释select的参数:  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!在Windows中这个参数的值无所谓,可以设置不正确。  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。  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。  fd_set *errorfds同上面两个参数的意图,用来监视文件错误异常。  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。  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  在有了select后可以写出像样的网络程序来!举个简单的例子,就是从网络上接受数据写入一个文件中。  例子:  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       Part 2: select()的机制中提供一fd_set的数据结构,实际上是一long类型的数组, 每一个数组元素都能与一打开的文件句柄(不管是Socket句柄,还是其他 文件或命名管道或设备句柄)建立联系,建立联系的工作由程序员完成, 当调用select()时,由内核根据IO状态修改fd_set的内容,由此来通知执行了select()的进程哪一Socket或文件可读,下面具体解释:    #i nclude    #i nclude    #i nclude    int select(nfds, readfds, writefds, exceptfds, timeout)    int nfds;    fd_set *readfds, *writefds, *exceptfds;    struct timeval *timeout;    ndfs:select监视的文件句柄数,视进程中打开的文件数而定,一般设为呢要监视各文件 中的最大文件号加一。    readfds:select监视的可读文件句柄集合。    writefds: select监视的可写文件句柄集合。    exceptfds:select监视的异常文件句柄集合。    timeout:本次select()的超时结束时间。(见/usr/sys/select.h, 可精确至百万分之一秒!)    当readfds或writefds中映象的文件可读或可写或超时,本次select() 就结束返回。程序员利用一组系统提供的宏在select()结束时便可判 断哪一文件可读或可写。对Socket编程特别有用的就是readfds。 几只相关的宏解释如下:    FD_ZERO(fd_set *fdset):清空fdset与所有文件句柄的联系。    FD_SET(int fd, fd_set *fdset):建立文件句柄fd与fdset的联系。    FD_CLR(int fd, fd_set *fdset):清除文件句柄fd与fdset的联系。    FD_ISSET(int fd, fdset *fdset):检查fdset联系的文件句柄fd是否    可读写,>0表示可读写。    (关于fd_set及相关宏的定义见/usr/include/sys/types.h)    这样,你的socket只需在有东东读的时候才读入,大致如下:    ...    int sockfd;    fd_set fdR;    struct timeval timeout = ..;    ...    for(;;) {    FD_ZERO(&fdR);    FD_SET(sockfd, &fdR);    switch (select(sockfd + 1, &fdR, NULL, &timeout)) {    case -1:    error handled by u;    case 0:    timeout hanled by u;    default:    if (FD_ISSET(sockfd)) {    now u read or recv something;    /* if sockfd is father and    server socket, u can now    accept() */    }    }    }    所以一个FD_ISSET(sockfd)就相当通知了sockfd可读。    至于struct timeval在此的功能,请man select。不同的timeval设置 使使select()表现出超时结束、无超时阻塞和轮询三种特性。由于timeval可精确至百万分之一秒,所以Windows的SetTimer()根本不算 什么。你可以用select()做一个超级时钟。    FD_ACCEPT的实现?依然如上,因为客户方socket请求连接时,会发送连接请求报文,此时select()当然会结束,FD_ISSET(sockfd)当然大于零,因为有报文可读嘛!至于这方面的应用,主要在于服务方的父Socket,你若不喜欢主动accept(),可改为如上机制来accept()。    至于FD_CLOSE的实现及处理,颇费了一堆cpu处理时间,未完待续。    --    讨论关于利用select()检测对方Socket关闭的问题:    仍然是本地Socket有东东可读,因为对方Socket关闭时,会发一个关闭连接通知报文,会马上被select()检测到的。关于TCP的连接(三次握手)和关闭(二次握手)机制,敬请参考有关TCP/IP的书籍。    不知是什么原因,UNIX好象没有提供通知进程关于Socket或Pipe对方关闭的信号,也可能是cpu所知有限。总之,当对方关闭,一执行recv()或read(),马上回返回-1,此时全局变量errno的值是115,相应的sys_errlist[errno]为"Connect refused"(请参考/usr/include/sys/errno.h)。所以,在上篇的for(;;)...select()程序块中,当有东西可读时,一定要检查recv()或read()的返回值,返回-1时要作出关断本地Socket的处理,否则select()会一直认为有东西读,其结果曾几令cpu伤心欲断针脚。不信你可以试试:不检查recv()返回结果,且将收到的东东(实际没收到)写至标准输出... 在有名管道的编程中也有类似问题出现。具体处理详见拙作:发布一个有用的Socket客户方原码。    至于主动写Socket时对方突然关闭的处理则可以简单地捕捉信号SIGPIPE并作出相应关断本地Socket等等的处理。SIGPIPE的解释是:写入无读者方的管道。    在此不作赘述,请详man signal。    以上是cpu在作tcp/ip数据传输实验积累的经验,若有错漏,请狂炮击之。    补充关于select在异步(非阻塞)connect中的应用,刚开始搞socket编程的时候,我一直都用阻塞式的connect,非阻塞connect的问题是由于当时搞proxy scan而提出的,呵呵。通过在网上与网友们的交流及查找相关FAQ,总算知道了怎么解决这一问题.同样用select可以很好地解决这一问题.大致过程是这样的:    1.将打开的socket设为非阻塞的,可以用fcntl(socket, F_SETFL, O_NDELAY)完成(有的系统用FNEDLAY也可).    2.发connect调用,这时返回-1,但是errno被设为EINPROGRESS,意即connect仍旧在进行还没有完成.    3.将打开的socket设进被监视的可写(注意不是可读)文件集合用select进行监视, 如果可写,用getsockopt(socket, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &error, sizeof(int));  来得到error的值,如果为零,则connect成功

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