异步套接字基础：select函数以及FD_ZERO、FD_SET、FD_CLR、FD_ISSET

参考:【原创】技术系列之 网络模型（三）多路复用模型

select函数

select函数：

　　系统提供select函数来实现多路复用输入/输出模型。原型：

　　#include <sys/time.h>
　　#include <unistd.h>
　　int select(int maxfd,fd_set *rdset,fd_set *wrset,fd_set *exset,struct timeval *timeout);

参数maxfd是需要监视的最大的文件描述符值+1；

rdset,wrset,exset分别对应于需要检测的可读文件描述符的集合，可写文件描述符的集 合及异常文件描述符的集合。

struct timeval结构用于描述一段时间长度，如果在这个时间内，需要监视的描述符没有事件发生则函数返回，返回值为0。

　　FD_ZERO,FD_SET,FD_CLR,FD_ISSET: 参数maxfd是需要监视的最大的文件描述符值+1；rdset,wrset,exset分别对应于需要检测的可读文件描述符的集合，可写文件描述符的集 合及异常文件描述符的集合。struct timeval结构用于描述一段时间长度，如果在这个时间内，需要监视的描述符没有事件发生则函数返回，返回值为0。

　　FD_ZERO,FD_SET,FD_CLR,FD_ISSET:

　　FD_ZERO(fd_set *fdset);将指定的文件描述符集清空，在对文件描述符集合进行设置前，必须对其进行初始化，如果不清空，由于在系统分配内存空间后，通常并不作清空处理，所以结果是不可知的。

　　FD_SET(fd_set *fdset);用于在文件描述符集合中增加一个新的文件描述符。

　　FD_CLR(fd_set *fdset);用于在文件描述符集合中删除一个文件描述符。

　　FD_ISSET(int fd,fd_set *fdset);用于测试指定的文件描述符是否在该集合中。

　　struct timeval结构：

　　struct timeval{

　　long tv_sec;//second

　　long tv_usec;//minisecond

　　}

timeout设置情况

　　null:select将一直被阻塞，直到某个文件描述符上发生了事件。

　　0：仅检测描述符集合的状态，然后立即返回，并不等待外部事件的发生。

　　特定的时间值：如果在指定的时间段里没有事件发生，select将超时返回。

　　--

　　（'fd_set') 是一组文件描述符(fd)的集合。由于fd_set类型的长度在不同平台上不同，因此应该用一组标准的宏定义来处理此类变量：

　　fd_set set; FD_ZERO(&set); /* 将set清零 / FD_SET(fd, &set); / 将fd加入set / FD_CLR(fd, &set); / 将fd从set中清除 / FD_ISSET(fd, &set); / 如果fd在set中则真　/

　　在 过去，一个fd_set通常只能包含少于等于32个文件描述符，因为fd_set其实只用了一个int的比特矢量来实现，在大多数情况下，检查 fd_set能包括任意值的文件描述符是系统的责任，但确定你的fd_set到底能放多少有时你应该检查/修改宏FD_SETSIZE的值。这个值是系 统相关的，同时检查你的系统中的select() 的man手册。有一些系统对多于1024个文件描述符的支持有问题。

　　多路复用的方式是真正实用的服务器程序，非多路复用的网络程序只能作为学习或着陪测的角色。本文说下个人

　　接触过的多路复用函数：select/poll/epoll/port。kqueue的nix系统没接触过，估计熟悉了上面

　　四种，kqueue也只是需要熟悉一下而已。

select模型

　　select原型： int select(int n ,fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

　　其中参数n表示监控的所有fd中最大值＋1。

　　和select模型紧密结合的四个宏，含义不解释了：

　　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模型的关键在于理解fd_set,为说明方便，取fd_set长度为1字节，fd_set中的每一bit可以对应一个文件描述符fd。则1字节长的fd_set最大可以对应8个fd。

　　（1）执行fd_set set; FD_ZERO(&set);则set用位表示是0000,0000。

　　（2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);后set变为0001,0000(第5位置为1)

　　（3）若再加入fd＝2，fd=1,则set变为0001,0011

　　（4）执行select(6,&set,0,0,0)阻塞等待

　　（5）若fd=1,fd=2上都发生可读事件，则select返回，此时set变为0000,0011。注意：没有事件发生的fd=5被清空。

　　基于上面的讨论，可以轻松得出select模型的特点：

　　（1)可监控的文件描述符个数取决与sizeof(fd_set)的值。我这边服务 器上sizeof(fd_set)＝512，每bit表示一个文件描述符，则我服务器上支持的最大文件描述符是5128=4096。据说可调，另有说虽 然可调，但调整上限受于编译内核时的变量值。本人对调整fd_set的大小不太感兴趣，参考http://www.cppblog.com /CppExplore/archive/2008/03/21/45061.html中的模型2（1）可以有效突破select可监控的文件描述符上 限。

　　（2）将fd加入select监控集的同时，还要再使用一个数据结构array保存放到select监控集中的fd，一是用于再select 返回后，array作为源数据和fd_set进行FD_ISSET判断。二是select返回后会把以前加入的但并无事件发生的fd清空，则每次开始 select前都要重新从array取得fd逐一加入（FD_ZERO最先），扫描array的同时取得fd最大值maxfd，用于select的第一个 参数。

　　（3）可见select模型必须在select前循环array（加fd，取maxfd），select返回后循环array（FD_ISSET判断是否有时间发生）。

下面给一个伪码说明基本select模型的服务器模型：

　　array[slect_len];
　　nSock=0;
　　array[nSock++]=listen_fd;(之前listen port已绑定并listen)
　　maxfd=listen_fd;
　　while{
　　FD_ZERO(&set);
　　foreach (fd in array)
　　{
　　fd大于maxfd，则maxfd=fd
　　FD_SET(fd,&set)
　　}
　　res=select(maxfd+1,&set,0,0,0)；
　　if(FD_ISSET(listen_fd,&set))
　　{
　　newfd=accept(listen_fd);
　　array[nsock++]=newfd;
　　if(--res<=0) continue
　　}
　　foreach 下标1开始 (fd in array)
　　{
　　if(FD_ISSET(fd,&tyle="COLOR: #ff0000">set))
　　执行读等相关操作
　　如果错误或者关闭，则要删除该fd，将array中相应位置和最后一个元素互换就好，nsock减一
　　if(--res<=0) continue
　　}
　　}

服务器端代码：

　　#include <sys/types.h>
　　#include <sys/socket.h>
　　#include <stdio.h>
　　#include <netinet/in.h>
　　#include <sys/time.h>
　　#include <sys/ioctl.h>
　　#include <unistd.h>
　　#include <stdlib.h>
　　int main()
　　{
　　int server_sockfd, client_sockfd;
　　int server_len, client_len;
　　struct sockaddr_in server_address;
　　struct sockaddr_in client_address;
　　int result;
　　fd_set readfds, testfds;
　　/*创建套接字:IPv4, tcp流套接字*/
　　server_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
　　server_address.sin_family = AF_INET;
　　/*INADDR_ANY代表本机IP,htonl将其转换为网络字节顺序(大端模式)*/
　　server_address.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
　　server_address.sin_port = htons(9734);
　　server_len = sizeof(server_address);
　　/*将端口与套接字绑定*/
　　bind(server_sockfd, (struct sockaddr *)&server_address, server_len);
　　/*监听,可接受5个连接请求*/
　　listen(server_sockfd, 5);
　　FD_ZERO(&readfds);
　　FD_SET(server_sockfd, &readfds);
　　/*等待客户端请求*/
　　while(1) {
　　char ch;
　　int  fd;
　　int  nread;
　　testfds = readfds;
　　/*服务器在select后等待客户端的请求(服务器阻塞)*/
　　printf("server waiting/n");
　　result = select(FD_SETSIZE, &testfds, (fd_set *)0,
　　(fd_set *)0, (struct timeval *)0);
　　if (result < 1) {
　　perror("server");
　　exit(1);
　　}
　　/*轮询,实际程序不使用这种极度耗时的方法*/
　　for (fd = 0; fd < FD_SETSIZE; fd++) {
　　if (FD_ISSET(fd, &testfds)) {
　　if (fd == server_sockfd) {
　　client_len = sizeof(client_address);
　　client_sockfd = accept(server_sockfd, (struct sockaddr *)&client_address,
　　&client_len);                    /*接收客户端连接请求,并返回连接套接字用于收发数据*/
　　FD_SET(client_sockfd, &readfds);    /*需要监视发来请求的客户端*/
　　printf("adding client on fd %d/n", client_sockfd);
　　} else {                                                           /*客户端发生“状况”*/
　　ioctl(fd, FIONREAD, &nread);
　　if (nread == 0) {
　　close(fd);                                        /*读取不到任何内容,关闭与客户端的连接套接字*/
　　FD_CLR(fd, &readfds);              /*清除客户端套接字描述符,不再对其"关注"*/
　　printf("removing client on fd %d/n", fd);
　　} else {
　　read(fd, &ch, 1);
　　sleep(5);
　　printf("serving client on fd %d/n", fd);
　　ch++;
　　write(fd, &ch, 1);
　　}
　　}
　　}
　　}
　　}
　　}

例子2

　　#include <stdio.h>
　　#include <stdlib.h>
　　#include <unistd.h>
　　#include <errno.h>
　　#include <string.h>
　　#include <sys/types.h>
　　#include <sys/socket.h>
　　#include <netinet/in.h>
　　#include <arpa/inet.h>
　　#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 < BACKLOG; i++)
　　{
　　printf("[%d]:%d  ", i, fd_A[i]);
　　}
　　printf("/n/n");
　　}
　　int main(void)
　　{
　　int sock_fd, new_fd;  // listen on sock_fd, new connection on new_fd
　　struct sockaddr_in server_addr;    // server address information
　　struct sockaddr_in client_addr; // connector's address information
　　socklen_t sin_size;
　　int yes = 1;
　　char buf[BUF_SIZE];
　　int ret;
　　int i;
　　if ((sock_fd = 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 < BACKLOG; i++)
　　{
　　if (fd_A[i] != 0)
　　{
　　FD_SET(fd_A[i], &fdsr);
　　}
　　}

　　ret = select(maxsock + 1, &fdsr, NULL, NULL, &tv);
　　if (ret < 0)
　　{
　　perror("select");
　　break;
　　} else if (ret == 0)
　　{
　　printf("timeout/n");
　　continue;
　　}
　　// check every fd in the set
　　for (i = 0; i < conn_amount; i++)
　　{
　　if (FD_ISSET(fd_A[i], &fdsr))
　　{
　　ret = recv(fd_A[i], buf, sizeof(buf), 0);
　　if (ret <= 0)
　　{        // client close
　　printf("client[%d] close/n", i);
　　close(fd_A[i]);
　　FD_CLR(fd_A[i], &fdsr);
　　fd_A[i] = 0;
　　}
　　else
　　{        // receive data
　　if (ret < BUF_SIZE)
　　memset(&buf[ret], '/0', 1);
　　printf("client[%d] send:%s/n", i, buf);
　　}
　　}
　　}
　　// check whether a new connection comes
　　if (FD_ISSET(sock_fd, &fdsr))
　　{
　　new_fd = accept(sock_fd, (struct sockaddr *)&client_addr, &sin_size);
　　if (new_fd <= 0)
　　{
　　perror("accept");
　　continue;
　　}
　　// add to fd queue
　　if (conn_amount < BACKLOG)
　　{
　　fd_A[conn_amount++] = new_fd;
　　printf("new connection client[%d] %s:%d/n", conn_amount,
　　inet_ntoa(client_addr.sin_addr), ntohs(client_addr.sin_port));
　　if (new_fd > 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 < BACKLOG; i++)
　　{
　　if (fd_A[i] != 0)
　　{
　　close(fd_A[i]);
　　}
　　}
　　exit(0);
　　}