异步套接字编程之select模型

时间：2023-03-09 07:31:19
异步套接字编程之select模型
█ 选择（select）模型是Winsock中最常见的 I/O模型。核心便是利用 select 函数，实现对 I/O的管理！
利用 select 函数来判断某Socket上是否有数据可读，或者能否向一个套接字写入数据，防止程序在Socket处于阻塞模式中时，
在一次 I/O 调用（如send或recv、accept等）过程中，*进入“锁定”状态；同时防止在套接字处于非阻塞模
式中时，产生WSAEWOULDBLOCK错误。

█ select 的函数原型如下：
int select(
  __in          int nfds,
  __in_out      fd_set* readfds,
  __in_out      fd_set* writefds,
  __in_out      fd_set* exceptfds,
  __in          const struct timeval* timeout
);

其中，第一个参数nfds会被忽略。之所以仍然要提供这个参数，只是为了保持与Berkeley套接字兼容。
后面大家看到有三个 fd_set类型的参数：
一个用于检查可读性（readfds），
一个用于检查可写性（writefds），
一个用于例外数据（exceptfds）。

fd_set 结构的定义如下：
typedef struct fd_set { 
 u_int fd_count;
 SOCKET fd_array[FD_SETSIZE];
} fd_set;

#define FD_SETSIZE      64
所以 fd_set 结构中最多只能监视64个套接字。

fdset 代表着一系列特定套接字的集合。其中， readfds 集合包括符合下述任何一个条件的套接字：
● 有数据可以读入。
● 连接已经关闭、重设或中止。
● 假如已调用了listen，而且一个连接正在建立，那么accept函数调用会成功。

writefds 集合包括符合下述任何一个条件的套接字：
● 有数据可以发出。
● 如果已完成了对一个非锁定连接调用的处理，连接就会成功。

exceptfds 集合包括符合下述任何一个条件的套接字：
● 假如已完成了对一个非锁定连接调用的处理，连接尝试就会失败。
● 有带外（Out-of-band，OOB）数据可供读取。

举个例子，假设我们想测试一个套接字是否“可读”，必须将自己的套接字增添到readfds集合中，
然后调用 select 函数并等待其完成。select 完成之后，再次判断自己的套接字是否仍为 readfds 集合的一部分。
若答案是肯定的，则表明该套接字“可读”，可立即着手从它上面读取数据。

在三个参数中（readfds、writefds 和 exceptfds），任何两个都可以是空值（ NULL）；
但是，至少有一个不能为空值！在任何不为空的集合中，必须包含至少一个套接字句柄；
否则， select 函数便没有任何东西可以等待。最后一个参数 timeout 对应的是一个指针，它指向一个timeval 结构，
用于决定select 最多等待 I/O操作完成多久的时间。如 timeout 是一个空指针，那么 select 调用会无限
期地“锁定”或停顿下去，直到至少有一个描述符符合指定的条件后结束。

对 timeval 结构的定义如下：
tv_sec 字段以秒为单位指定等待时间；
tv_usec 字段则以毫秒为单位指定等待时间。
1秒 = 1000毫秒

若将超时值设置为（0 , 0），表明 select 会立即返回，出于对性能方面的考虑，应避免这样的设置。

█ select 函数返回值：
select 成功完成后，会在 fdset 结构中，返回刚好有未完成的 I/O操作的所有套接字句柄的总量。
若超过 timeval 设定的时间，便会返回0。若 select 调用失败，都会返回 SOCKET_ERROR，
应该调用 WSAGetLastError 获取错误码！

用 select 对套接字进行监视之前，必须将套接字句柄分配给一个fdset的结构集合，
之后再来调用 select，便可知道一个套接字上是否正在发生上述的 I/O 活动。
Winsock 提供了下列宏操作，可用来针对 I/O活动，对 fdset 进行处理与检查：
● FD_CLR(s, *set)：从set中删除套接字s。
● FD_ISSET(s, *set)：检查s是否set集合的一名成员；如答案是肯定的是，则返回TRUE。
● FD_SET(s, *set)：将套接字s加入集合set。
● FD_ZERO( * set)：将set初始化成空集合。

例如，假定我们想知道是否可从一个套接字中安全地读取数据，同时不会陷于无休止的
“锁定”状态，便可使用 FDSET 宏，将自己的套接字分配给 fdread 集合，再来调用 select。要
想检测自己的套接字是否仍属 fdread 集合的一部分，可使用 FD_ISSET 宏。采用下述步骤，便
可完成用 select 操作一个或多个套接字句柄的全过程：
1) 使用FDZERO宏，初始化一个fdset对象；
2) 使用FDSET宏，将套接字句柄加入到fdset集合中；
3) 调用 select 函数，等待其返回……select 完成后，会返回在所有 fdset 集合中设置的套接字句柄总数，
并对每个集合进行相应的更新。
4) 根据 select的返回值和 FDISSET宏，对 fdset 集合进行检查。
5) 知道了每个集合中“待决”的 I/O操作之后，对 I/O进行处理，
然后返回步骤1 )，继续进行 select 处理。

select 函数返回后，会修改 fdset 结构，删除那些不存在待决 I/O 操作的套接字句柄。
这正是我们在上述的步骤 ( 4 ) 中，为何要使用 FDISSET 宏来判断一个特定的套接字是否仍在集合中的原因。

  1. <span style="font-size:14px;">客户端代码：
  2. void CClientDlg::OnBnClickedLink()
  3. {
  4. // TODO: 在此添加控件通知处理程序代码
  5. AfxBeginThread(ThreadPro,this); //开启一个线程
  6. }
  7. BOOL CClientDlg::InitSock() //初始化套接字库，建msdn
  8. {
  9. WORD wVersionRequested;
  10. WSADATA wsaData;
  11. int err;
  12. wVersionRequested = MAKEWORD( 2, 2 );
  13. err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData );
  14. if ( err != 0 ) {
  15. return FALSE;
  16. }
  17. if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 2 ||
  18. HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 2 ) {
  19. WSACleanup( );
  20. return FALSE;
  21. }
  22. return TRUE;
  23. }
  24. BOOL CClientDlg::SelectFun(SOCKET sock,BOOL ret) //ret为true表示要读取数据，ret为false表示要发送数据
  25. {
  26. //1.用FD_ZEOR初始化fd_set，timeval
  27. //2.用FD_SET将SOCKET加入集合
  28. //3.调用select函数
  29. //4.调用FD_ISSET判断
  30. fd_set fd;
  31. FD_ZERO(&fd);
  32. timeval tval;
  33. tval.tv_sec=0;
  34. tval.tv_usec=1000;
  35. FD_SET(sock,&fd);
  36. int num;
  37. if (ret) //ret只是用来区分读写
  38. {
  39. num=select(0,&fd,NULL,NULL,&tval);
  40. }
  41. else
  42. {
  43. num=select(0,NULL,&fd,NULL,&tval);
  44. }
  45. if(num<=0)
  46. return FALSE;
  47. else if( num>0 && FD_ISSET(sock,&fd))
  48. return TRUE;
  49. return FALSE;
  50. }
  51. UINT CClientDlg::ThreadPro( LPVOID pParam )
  52. {
  53. ASSERT(pParam);
  54. CClientDlg* pDlg=(CClientDlg*)pParam; //将线程函数定义为类的静态成员函数，只能通过对象去操作类里的数据
  55. if (!pDlg->InitSock())
  56. {
  57. AfxMessageBox(_T("初始化套接字库失败"));
  58. return 0;
  59. }
  60. SOCKADDR_IN serAddr;
  61. serAddr.sin_addr.s_addr=inet_addr("127.0.0.1"); //VS2008里用的是小写的s_addr  inet_addr将字符串转换为网络字节顺序，inet_addr将网络地址转换为字符串
  62. serAddr.sin_family=AF_INET;
  63. serAddr.sin_port=htons(5000);
  64. pDlg->m_sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP); //这里不能直接使用m_sock非静态成员，最后一个参数是可选的
  65. if (pDlg->m_sock==INVALID_SOCKET)
  66. {
  67. AfxMessageBox(_T("创建套接字失败"));
  68. return 0;
  69. }
  70. if (connect(pDlg->m_sock,(SOCKADDR*)&serAddr,sizeof(SOCKADDR_IN))==SOCKET_ERROR)
  71. {
  72. AfxMessageBox(_T("连接服务器失败"));
  73. return 0;
  74. }
  75. while (1)
  76. {
  77. if(pDlg->SelectFun(pDlg->m_sock,TRUE)) // 判断，如果select判断为真则读取数据
  78. {
  79. int res;
  80. TCHAR bufData[1024]={0};
  81. res=recv(pDlg->m_sock,(char*)bufData,1024,0);
  82. //recv的返回值，>0接收正确(也就是数据的大小)，=0连接断开 <0接收出错
  83. if(res>0)
  84. {
  85. pDlg->ShowMsg(bufData);
  86. }
  87. else
  88. {
  89. pDlg->ShowMsg(_T("服务器已经断开！"));
  90. break;
  91. }
  92. }
  93. else
  94. Sleep(1000);
  95. }
  96. WSACleanup();
  97. }
  98. void CClientDlg::OnBnClickedSend()
  99. {
  100. // TODO: 在此添加控件通知处理程序代码
  101. CString strText;
  102. //ASSERT(m_cliSock != INVALID_SOCKET);
  103. if (m_sock==INVALID_SOCKET)
  104. {
  105. MessageBox(_T("套接字无效"));
  106. return;
  107. }
  108. GetDlgItemText(IDC_SENDDATA, strText);
  109. if (!strText.IsEmpty() && SelectFun(m_sock,FALSE)) //如果SelectFun返回真则表示可以写入数据
  110. {
  111. send(m_sock, (char *)strText.GetBuffer(), strText.GetLength()*sizeof(TCHAR), 0);
  112. SetDlgItemText(IDC_SENDDATA, _T(""));
  113. }
  114. else{
  115. MessageBox(_T("发送数据出错"));
  116. return;
  117. }
  118. //这里理解有个误区，上面链接后就进入while死循环了那不是不能发送数据了？
  119. //其实不是，链接是用一个新的线程启动了，所以有两个线程在执行，while始终有一个线程维护着
  120. //只是while里也可以做别的事，不用一直阻塞
  121. }
  122. 服务器与客户端基本类似：
  123. UINT CServerDlg::ThreadPro(LPVOID aparam)
  124. {
  125. ASSERT(aparam);
  126. CServerDlg* pDlg=(CServerDlg*)aparam;
  127. if (!pDlg->InitSock())
  128. {
  129. AfxMessageBox(_T("初始化套接字库失败"));
  130. return 0;
  131. }
  132. SOCKADDR_IN serAdd;
  133. serAdd.sin_family=AF_INET;
  134. serAdd.sin_port=htons(5000);
  135. serAdd.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY; //INADDR_ANY表示可以接受任何连接
  136. pDlg->m_sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP);
  137. if (bind(pDlg->m_sock,(SOCKADDR*)&serAdd,sizeof(SOCKADDR_IN))==SOCKET_ERROR)
  138. {
  139. AfxMessageBox(_T("绑定套接字失败"));
  140. return 0;
  141. }
  142. if (listen(pDlg->m_sock,SOMAXCONN)==SOCKET_ERROR)
  143. {
  144. AfxMessageBox(_T("监听套接字失败"));
  145. return 0;
  146. }
  147. SOCKADDR_IN cliAdd;
  148. int len=sizeof(SOCKADDR_IN);
  149. if ((pDlg->m_cliSock=accept(pDlg->m_sock,(SOCKADDR*)&cliAdd,&len))==INVALID_SOCKET) //记住，服务器有两个SOCKET，一个listen，一个与客户端通信
  150. //注意优先级别，找了好久的错误 ==号的优先级别要大于=
  151. {
  152. AfxMessageBox(_T("接受连接失败"));
  153. return 0;
  154. }
  155. while (1)
  156. {
  157. if (pDlg->SelectFun(pDlg->m_cliSock,TRUE))
  158. {
  159. char bufData[1024]={0};
  160. int ret;
  161. ret=recv(pDlg->m_cliSock,(char*)bufData,1024,0);
  162. if (ret==0)
  163. {
  164. AfxMessageBox(_T("客户端已经断开"));
  165. break;
  166. }
  167. else
  168. {
  169. //这里为什么不能用以下的方法，一直困扰了很久
  170. //很简单，对话框属于一个类，不能随便新建一个类的对象就取操作对话框的界面！
  171. //pDlg->m_strRec=bufData;
  172. //pDlg->UpdateData(FALSE);
  173. pDlg->ShowMsg(bufData);
  174. }
  175. }
  176. else
  177. Sleep(1000);
  178. }
  179. }</span>

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