Linux - select詳解(二)

zhm_sunboy

Part 1:Select在Socket編程中還是比較重要的，可是對(duì)于初學(xué)Socket的人來(lái)說(shuō)都不太愛(ài)用Select寫程序，他們只是習(xí)慣寫諸如connect、accept、recv或recvfrom這樣的阻塞程序（所謂阻塞方式block，顧名思義，就是進(jìn)程或是線程執(zhí)行到這些函數(shù)時(shí)必須等待某個(gè)事件的發(fā)生，如果事件沒(méi)有發(fā)生，進(jìn)程或線程就被阻塞，函數(shù)不能立即返回）。可是使用Select就可以完成非阻塞（所謂非阻塞方式non-block，就是進(jìn)程或線程執(zhí)行此函數(shù)時(shí)不必非要等待事件的發(fā)生，一旦執(zhí)行肯定返回，以返回值的不同來(lái)反映函數(shù)的執(zhí)行情況，如果事件發(fā)生則與阻塞方式相同，若事件沒(méi)有發(fā)生則返回一個(gè)代碼來(lái)告知事件未發(fā)生，而進(jìn)程或線程繼續(xù)執(zhí)行，所以效率較高）方式工作的程序，它能夠監(jiān)視我們需要監(jiān)視的文件描述符的變化情況——讀寫或是異常。下面詳細(xì)介紹一下！ Select的函數(shù)格式(我所說(shuō)的是Unix系統(tǒng)下的伯克利socket編程，和windows下的有區(qū)別，一會(huì)兒說(shuō)明)： int select(int maxfdp,fd_set *readfds,fd_set *writefds,fd_set *errorfds,struct timeval *timeout); 先說(shuō)明兩個(gè)結(jié)構(gòu)體： 第一，struct fd_set可以理解為一個(gè)集合，這個(gè)集合中存放的是文件描述符(filedescriptor)，即文件句柄，這可以是我們所說(shuō)的普通意義的文件，當(dāng)然Unix下任何設(shè)備、管道、FIFO等都是文件形式，全部包括在內(nèi)，所以毫無(wú)疑問(wèn)一個(gè)socket就是一個(gè)文件，socket句柄就是一個(gè)文件描述符。fd_set集合可以通過(guò)一些宏由人為來(lái)操作，比如清空集合FD_ZERO(fd_set *)，將一個(gè)給定的文件描述符加入集合之中FD_SET(int ,fd_set*)，將一個(gè)給定的文件描述符從集合中刪除FD_CLR(int,fd_set*)，檢查集合中指定的文件描述符是否可以讀寫FD_ISSET(int ,fd_set* )。一會(huì)兒舉例說(shuō)明。 第二，struct timeval是一個(gè)大家常用的結(jié)構(gòu)，用來(lái)代表時(shí)間值，有兩個(gè)成員，一個(gè)是秒數(shù)，另一個(gè)是毫秒數(shù)。 具體解釋select的參數(shù)： int maxfdp是一個(gè)整數(shù)值，是指集合中所有文件描述符的范圍，即所有文件描述符的最大值加1，不能錯(cuò)！在Windows中這個(gè)參數(shù)的值無(wú)所謂，可以設(shè)置不正確。 fd_set*readfds是指向fd_set結(jié)構(gòu)的指針，這個(gè)集合中應(yīng)該包括文件描述符，我們是要監(jiān)視這些文件描述符的讀變化的，即我們關(guān)心是否可以從這些文件中讀取數(shù)據(jù)了，如果這個(gè)集合中有一個(gè)文件可讀，select就會(huì)返回一個(gè)大于0的值，表示有文件可讀，如果沒(méi)有可讀的文件，則根據(jù)timeout參數(shù)再判斷是否超時(shí)，若超出timeout的時(shí)間，select返回0，若發(fā)生錯(cuò)誤返回負(fù)值。可以傳入NULL值，表示不關(guān)心任何文件的讀變化。 fd_set*writefds是指向fd_set結(jié)構(gòu)的指針，這個(gè)集合中應(yīng)該包括文件描述符，我們是要監(jiān)視這些文件描述符的寫變化的，即我們關(guān)心是否可以向這些文件中寫入數(shù)據(jù)了，如果這個(gè)集合中有一個(gè)文件可寫，select就會(huì)返回一個(gè)大于0的值，表示有文件可寫，如果沒(méi)有可寫的文件，則根據(jù)timeout參數(shù)再判斷是否超時(shí)，若超出timeout的時(shí)間，select返回0，若發(fā)生錯(cuò)誤返回負(fù)值�？梢詡魅隢ULL值，表示不關(guān)心任何文件的寫變化。 fd_set *errorfds同上面兩個(gè)參數(shù)的意圖，用來(lái)監(jiān)視文件錯(cuò)誤異常。 struct timeval*timeout是select的超時(shí)時(shí)間，這個(gè)參數(shù)至關(guān)重要，它可以使select處于三種狀態(tài)，第一，若將NULL以形參傳入，即不傳入時(shí)間結(jié)構(gòu)，就是將select置于阻塞狀態(tài)，一定等到監(jiān)視文件描述符集合中某個(gè)文件描述符發(fā)生變化為止；第二，若將時(shí)間值設(shè)為0秒0毫秒，就變成一個(gè)純粹的非阻塞函數(shù)，不管文件描述符是否有變化，都立刻返回繼續(xù)執(zhí)行，文件無(wú)變化返回0，有變化返回一個(gè)正值；第三，timeout的值大于0，這就是等待的超時(shí)時(shí)間，即select在timeout時(shí)間內(nèi)阻塞，超時(shí)時(shí)間之內(nèi)有事件到來(lái)就返回了，否則在超時(shí)后不管怎樣一定返回，返回值同上述。 返回值： 負(fù)值：select錯(cuò)誤 正值：某些文件可讀寫或出錯(cuò) 0：等待超時(shí)，沒(méi)有可讀寫或錯(cuò)誤的文件 在有了select后可以寫出像樣的網(wǎng)絡(luò)程序來(lái)！舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，就是從網(wǎng)絡(luò)上接受數(shù)據(jù)寫入一個(gè)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秒輪詢，要非阻塞就置0 char buffer[256]={0}; //256字節(jié)的接收緩沖區(qū) /* 假定已經(jīng)建立UDP連接，具體過(guò)程不寫，簡(jiǎn)單，當(dāng)然TCP也同理，主機(jī)ip和port都已經(jīng)給定，要寫的文件已經(jīng)打開 sock=socket(...); bind(...); fp=fopen(...); */ while(1) { FD_ZERO(&fds); //每次循環(huán)都要清空集合，否則不能檢測(cè)描述符變化 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錯(cuò)誤，退出程序 case 0:break; //再次輪詢 default: if(FD_ISSET(sock,&fds)) //測(cè)試sock是否可讀，即是否網(wǎng)絡(luò)上有數(shù)據(jù) { recvfrom(sock,buffer,256,.....);//接受網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù) if(FD_ISSET(fp,&fds)) //測(cè)試文件是否可寫 fwrite(fp,buffer...);//寫入文件 buffer清空; }// end if break; }// end switch }//end while }//end main   Part 2:[color="#333333"]select()的機(jī)制中提供一fd_set的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，實(shí)際上是一long類型的數(shù)組， 每一個(gè)數(shù)組元素都能與一打開的文件句柄（不管是Socket句柄,還是其他 文件或命名管道或設(shè)備句柄）建立聯(lián)系，建立聯(lián)系的工作由程序員完成， 當(dāng)調(diào)用select()時(shí)，由內(nèi)核根據(jù)IO狀態(tài)修改fd_set的內(nèi)容，由此來(lái)通知執(zhí)行了select()的進(jìn)程哪一Socket或文件可讀，下面具體解釋：   ＃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監(jiān)視的文件句柄數(shù)，視進(jìn)程中打開的文件數(shù)而定,一般設(shè)為呢要監(jiān)視各文件 中的最大文件號(hào)加一。   readfds：select監(jiān)視的可讀文件句柄集合。   writefds: select監(jiān)視的可寫文件句柄集合。   exceptfds：select監(jiān)視的異常文件句柄集合。   timeout：本次select()的超時(shí)結(jié)束時(shí)間。（見(jiàn)/usr/sys/select.h， 可精確至百萬(wàn)分之一秒�。�   當(dāng)readfds或writefds中映象的文件可讀或可寫或超時(shí)，本次select() 就結(jié)束返回。程序員利用一組系統(tǒng)提供的宏在select()結(jié)束時(shí)便可判 斷哪一文件可讀或可寫。對(duì)Socket編程特別有用的就是readfds。 幾只相關(guān)的宏解釋如下：   FD_ZERO(fd_set *fdset)：清空f(shuō)dset與所有文件句柄的聯(lián)系。   FD_SET(int fd, fd_set *fdset)：建立文件句柄fd與fdset的聯(lián)系。   FD_CLR(int fd, fd_set *fdset)：清除文件句柄fd與fdset的聯(lián)系。   FD_ISSET(int fd, fdset *fdset)：檢查fdset聯(lián)系的文件句柄fd是否   可讀寫，>0表示可讀寫。   （關(guān)于fd_set及相關(guān)宏的定義見(jiàn)/usr/include/sys/types.h）   這樣，你的socket只需在有東東讀的時(shí)候才讀入，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() */   }   }   }   所以一個(gè)FD_ISSET(sockfd)就相當(dāng)通知了sockfd可讀。   至于struct timeval在此的功能，請(qǐng)man select。不同的timeval設(shè)置 使使select()表現(xiàn)出超時(shí)結(jié)束、無(wú)超時(shí)阻塞和輪詢?nèi)�種特性。由于timeval可精確至百萬(wàn)分之一秒，所以Windows的SetTimer()根本不算 什么。你可以用select()做一個(gè)超級(jí)時(shí)鐘。   FD_ACCEPT的實(shí)現(xiàn)？依然如上，因?yàn)榭蛻舴絪ocket請(qǐng)求連接時(shí)，會(huì)發(fā)送連接請(qǐng)求報(bào)文，此時(shí)select()當(dāng)然會(huì)結(jié)束，F(xiàn)D_ISSET(sockfd)當(dāng)然大于零，因?yàn)橛袌?bào)文可讀嘛！至于這方面的應(yīng)用，主要在于服務(wù)方的父Socket，你若不喜歡主動(dòng)accept()，可改為如上機(jī)制來(lái)accept()。   至于FD_CLOSE的實(shí)現(xiàn)及處理，頗費(fèi)了一堆cpu處理時(shí)間，未完待續(xù)。   --   討論關(guān)于利用select()檢測(cè)對(duì)方Socket關(guān)閉的問(wèn)題：   仍然是本地Socket有東東可讀，因?yàn)閷?duì)方Socket關(guān)閉時(shí)，會(huì)發(fā)一個(gè)關(guān)閉連接通知報(bào)文，會(huì)馬上被select()檢測(cè)到的。關(guān)于TCP的連接（三次握手）和關(guān)閉（二次握手）機(jī)制，敬請(qǐng)參考有關(guān)TCP/IP的書籍。   不知是什么原因，UNIX好象沒(méi)有提供通知進(jìn)程關(guān)于Socket或Pipe對(duì)方關(guān)閉的信號(hào)，也可能是cpu所知有限�？傊�，當(dāng)對(duì)方關(guān)閉，一執(zhí)行recv()或read()，馬上回返回-1，此時(shí)全局變量errno的值是115，相應(yīng)的sys_errlist[errno]為"Connect refused"（請(qǐng)參考/usr/include/sys/errno.h）。所以，在上篇的for(;;)...select()程序塊中，當(dāng)有東西可讀時(shí)，一定要檢查recv()或read()的返回值，返回-1時(shí)要作出關(guān)斷本地Socket的處理，否則select()會(huì)一直認(rèn)為有東西讀，其結(jié)果曾幾令cpu傷心欲斷針腳。不信你可以試試：不檢查recv()返回結(jié)果，且將收到的東東（實(shí)際沒(méi)收到）寫至標(biāo)準(zhǔn)輸出... 在有名管道的編程中也有類似問(wèn)題出現(xiàn)。具體處理詳見(jiàn)拙作：發(fā)布一個(gè)有用的Socket客戶方原碼。   至于主動(dòng)寫Socket時(shí)對(duì)方突然關(guān)閉的處理則可以簡(jiǎn)單地捕捉信號(hào)SIGPIPE并作出相應(yīng)關(guān)斷本地Socket等等的處理。SIGPIPE的解釋是：寫入無(wú)讀者方的管道。   在此不作贅述，請(qǐng)?jiān)攎an signal。   以上是cpu在作tcp/ip數(shù)據(jù)傳輸實(shí)驗(yàn)積累的經(jīng)驗(yàn)，若有錯(cuò)漏，請(qǐng)狂炮擊之。   補(bǔ)充關(guān)于select在異步(非阻塞)connect中的應(yīng)用,剛開始搞socket編程的時(shí)候，我一直都用阻塞式的connect,非阻塞connect的問(wèn)題是由于當(dāng)時(shí)搞proxy scan而提出的，呵呵。通過(guò)在網(wǎng)上與網(wǎng)友們的交流及查找相關(guān)FAQ,總算知道了怎么解決這一問(wèn)題.同樣用select可以很好地解決這一問(wèn)題.大致過(guò)程是這樣的:   1.將打開的socket設(shè)為非阻塞的,可以用fcntl(socket, F_SETFL, O_NDELAY)完成(有的系統(tǒng)用FNEDLAY也可).   2.發(fā)connect調(diào)用,這時(shí)返回-1,但是errno被設(shè)為EINPROGRESS,意即connect仍舊在進(jìn)行還沒(méi)有完成.   3.將打開的socket設(shè)進(jìn)被監(jiān)視的可寫(注意不是可讀)文件集合用select進(jìn)行監(jiān)視, 如果可寫,用getsockopt(socket, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &error, sizeof(int));  來(lái)得到error的值,如果為零,則connect成功
               
               
               
               

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