睿豐德科技 專注RFID識別技術和條碼識別技術與管理軟件的集成項目。質量追溯系統、MES系統、金蝶與條碼系統對接、用友與條碼系統對接

先來談談為什么會出現select函數，也就是select是解決什么問題的？

平常使用的recv函數時阻塞的，也就是如果沒有數據可讀，recv就會一直阻塞在那里，這是如果有另外一個連接過來，就得一直等待，這樣實時性就不是太好。

這個問題的幾個解決方法：1. 使用ioctlsocket函數，將recv函數設置成非阻塞的，這樣不管套接字上有沒有數據都會立刻返回，可以重復調用recv函數，這種方式叫做輪詢（polling），但是這樣效率很是問題，因為，大多數時間實際上是無數據可讀的，花費時間不斷反復執行read系統調用，這樣就比較浪費CPU的時間。并且循環之間的間隔不好確定。2. 使用fork，使用多進程來解決，這里終止會比較復雜（待研究）。 3.使用多線程來解決，這樣避免了終止的復雜性，但卻要求處理線程之間的同步，在減少復雜性方面這可能會得不償失。4. 使用異步IO（待研究）。5. 就是本文所使用的I/O多路轉接（多路復用）--其實就是在套接字阻塞和非阻塞之間做了一個均衡，我們稱之為半阻塞。

經過對select的初步了解，在windows和linux下的實現小有區別，所以分開來寫。這里先寫windows下的select機制。

select的大概思想：將多個套接字放在一個集合里，然后統一檢查這些套接字的狀態（可讀、可寫、異常等），調用select后，會更新這些套接字的狀態，然后做判斷，如果套接字可讀，就執行read操作。這樣就巧妙地避免了阻塞，達到同時處理多個連接的目的。當然如果沒有事件發生，select會一直阻塞，如果不想一直讓它等待，想去處理其它事情，可以設置一個最大的等待時間。

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下面具體講講函數的參數，參見MSDN的解釋http://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/desktop/ms740141(v=vs.85).aspx：

 

[cpp] view plaincopy  

1. int select(  
2.   _In_     int nfds,  
3.   _Inout_  fd_set *readfds,  
4.   _Inout_  fd_set *writefds,  
5.   _Inout_  fd_set *exceptfds,  
6.   _In_     const struct timeval *timeout  
7. );  

函數的返回值，表示準備好的套接字的個數，如果是0，則表示沒有一個準備好（超時就是一種情況），如果是-1（SOCKET_ERROR），表示有錯誤發生，可以使用WSAGetLastError（）函數來得到錯誤代碼，從而知道是什么錯誤。

 

函數的參數，第一個是輸入參數nfds，表示滿足條件的套接字的個數，windows下可以設置為0，因為fd_set結構體中已經包含了這個參數，這個參數已經是多余的了，之所以還存在，只是是為了與FreeBSD兼容。

第二三四參數都是輸入輸出參數（值-結果參數，輸入和輸出會不一樣），表示套接字的可讀、可寫和異常三種狀態的集合。調用select之后，如果指定套接字不可讀或者不可寫，就會從相應隊列中清除，這樣就可以判斷哪些套接字可讀或者可寫。 

說明一下，這里的可讀性是指：如果有客戶的連接請求到達，套接口就是可讀的，調用accept能夠立即完成，而不發生阻塞；如果套接口接收隊列緩沖區中的字節數大于0，調用recv或者recvfrom就不會阻塞。可寫性是指，可以向套接字發送數據（套接字創建成功后，就是可寫的）。當然不是套接字可寫就會去發送數據，就像不是看到電話就去打電話一樣，而是由打電話的需求了，才去看電話是否可打；可讀就不一樣了，電話響了，自然要去接電話（除非，你有事忙或者不想接，一般都是要接的)。可讀已經包含了緩沖區中有數據可以讀取，可寫只是說明了緩沖區有空間讓你寫，你需不需要寫就要看你有沒有數據要寫了.關于異常，就是指一些意外情況，自己用的比較少，以后用到了，再過來補上。

第五個參數是等待的最大時間，是一個結構體：struct timeval，它的定義是：

 

[cpp] view plaincopy  

1. /* 
2. * Structure used in select() call, taken from the BSD file sys/time.h. 
3. */  
4. struct timeval {  
5.         long    tv_sec;         /* seconds */  
6.         long    tv_usec;        /* and microseconds */  
7. };  

具體到秒和微妙，按照等待的時間長短可以分為不等待、等待一定時間、一直等待。對應的設置分別為，（0，0）是不等待，這是select是非阻塞的，（x,y）最大等待時間x秒y微妙（如果有事件就會提前返回，而不繼續等待），NULL表示一直等待，直到有事件發生。這里可以將timeout分別設置成0（不阻塞）或者1微妙（阻塞很短的時間），然后觀察CPU的使用率，會發現設置成非阻塞后，CPU的使用率已下載就上升到了50%左右，這樣可以看出非阻塞占用CPU很多，但利用率不高。

 

/***********************************************************************************************************/

跟select配合使用的幾個宏和fd_set結構體介紹：

套接字描述符為了方便管理是放在一個集合里的，這個集合是fd_set，它的具體定義是：

 

[cpp] view plaincopy  

1. typedef struct fd_set {  
2.         u_int   fd_count;               /* how many are SET? */  
3.         SOCKET  fd_array[FD_SETSIZE];   /* an array of SOCKETs */  
4. } fd_set;  

fd_count是集合中已經設置的套接口描述符的數量。fd_array數組保存已經設置的套接口描述符，其中FD_SETSIZE的定義是：

 

 

[cpp] view plaincopy  

1. #ifndef FD_SETSIZE  
2. #define FD_SETSIZE      64  
3. #endif /* FD_SETSIZE */  

這個默認值在一般的程序中已經夠用，如果需要，可以將其更改為更大的值。

 

集合的管理操作，比如元素的清空、加入、刪除以及判斷元素是否在集合中都是用宏來完成的。四個宏是：

 

[html] view plaincopy  

1. FD_ZERO(*set)  
2. FD_SET(s, *set)  
3. FD_ISSET(s, *set)  
4. FD_CLR(s, *set)  

下面一一介紹這些宏的作用和定義：

 

FD_ZERO(*set)，是把集合清空（初始化為0，確切的說，是把集合中的元素個數初始化為0，并不修改描述符數組).使用集合前，必須用FD_ZERO初始化，否則集合在棧上作為自動變量分配時，fd_set分配的將是隨機值，導致不可預測的問題。它的宏定義如下：

 

[cpp] view plaincopy  

1. #define FD_ZERO(set) (((fd_set FAR *)(set))->fd_count=0)  

FD_SET(s,*set)，向集合中加入一個套接口描述符（如果該套接口描述符s沒在集合中，并且數組中已經設置的個數小于最大個數時，就把該描述符加入到集合中，集合元素個數加1）。這里是將s的值直接放入數組中。它的宏定義如下：

 

 

[cpp] view plaincopy  

1. #define FD_SET(fd, set) do { \  
2.     if (((fd_set FAR *)(set))->fd_count < FD_SETSIZE) \  
3.         ((fd_set FAR *)(set))->fd_array[((fd_set FAR *)(set))->fd_count++]=(fd);\  
4. } while(0)  

FD_ISSET(s,*set)，檢查描述符是否在集合中，如果在集合中返回非0值，否則返回0. 它的宏定義并沒有給出具體實現，但實現的思路很簡單，就是搜索集合，判斷套接字s是否在數組中。它的宏定義是：

 

 

[cpp] view plaincopy  

1. #define FD_ISSET(fd, set) __WSAFDIsSet((SOCKET)(fd), (fd_set FAR *)(set))  

FD_CLR(s,*set)，從集合中移出一個套接口描述符（比如一個套接字連接中斷后，就應該移除它）。實現思路是，在數組集合中找到對應的描述符，然后把后面的描述依次前移一個位置，最后把描述符的個數減1. 它的宏定義是：

 

 

[cpp] view plaincopy  

1. #define FD_CLR(fd, set) do { \  
2.     u_int __i; \  
3.     for (__i = 0; __i < ((fd_set FAR *)(set))->fd_count ; __i++) { \  
4.         if (((fd_set FAR *)(set))->fd_array[__i] == fd) { \  
5.             while (__i < ((fd_set FAR *)(set))->fd_count-1) { \  
6.                 ((fd_set FAR *)(set))->fd_array[__i] = \  
7.                     ((fd_set FAR *)(set))->fd_array[__i+1]; \  
8.                 __i++; \  
9.             } \  
10.             ((fd_set FAR *)(set))->fd_count--; \  
11.             break; \  
12.         } \  
13.     } \  
14. } while(0)  

/***********************************************************************************************************/

 

至此，一些基礎的點基本就講完了，然后給出大概流程和一個示例：

1.調用FD_ZERO來初始化套接字狀態；

2.調用FD_SET將感興趣的套接字描述符加入集合中（每次循環都要重新加入，因為select更新后，會將一些沒有滿足條件的套接字移除隊列）；

3.設置等待時間后，調用select函數--更新套接字的狀態；

4.調用FD_ISSET，來判斷套接字是否有相應狀態，然后做相應操作，比如，如果套接字可讀，就調用recv函數去接收數據。

關鍵技術：套接字隊列和狀態的表示與處理。

server端得程序如下（套接字管理隊列一個很重要的作用就是保存套接字描述符，因為accept得到的套接字描述符會覆蓋掉原來的套接字描述符，而readfs中的描述符在select后會刪除這些套接字描述符）：

 

[cpp] view plaincopy  

1. // server.cpp :   
2. //程序中加入了套接字管理隊列，這樣管理起來更加清晰、方便，當然也可以不用這個東西  
3.   
4. #include "winsock.h"  
5. #include "stdio.h"  
6. #pragma comment (lib,"wsock32.lib")  
7. struct socket_list{  
8.     SOCKET MainSock;  
9.     int num;  
10.     SOCKET sock_array[64];  
11. };  
12. void init_list(socket_list *list)  
13. {  
14.     int i;  
15.     list->MainSock = 0;  
16.     list->num = 0;  
17.     for(i = 0;i < 64;i ++){  
18.         list->sock_array[i] = 0;  
19.     }  
20. }  
21. void insert_list(SOCKET s,socket_list *list)  
22. {  
23.     int i;  
24.     for(i = 0;i < 64; i++){  
25.         if(list->sock_array[i] == 0){  
26.             list->sock_array[i] = s;  
27.             list->num += 1;  
28.             break;  
29.         }  
30.     }  
31. }  
32. void delete_list(SOCKET s,socket_list *list)  
33. {  
34.     int i;  
35.     for(i = 0;i < 64; i++){  
36.         if(list->sock_array[i] == s){  
37.             list->sock_array[i] = 0;  
38.             list->num -= 1;  
39.             break;  
40.         }  
41.     }  
42. }  
43. void make_fdlist(socket_list *list,fd_set *fd_list)  
44. {  
45.     int i;  
46.     FD_SET(list->MainSock,fd_list);  
47.     for(i = 0;i < 64;i++){  
48.         if(list->sock_array[i] > 0){  
49.             FD_SET(list->sock_array[i],fd_list);  
50.         }  
51.     }  
52. }  
53. int main(int argc, char* argv[])  
54. {  
55.     SOCKET s,sock;  
56.     struct sockaddr_in ser_addr,remote_addr;  
57.     int len;  
58.     char buf[128];  
59.     WSAData wsa;  
60.     int retval;  
61.     struct socket_list sock_list;  
62.     fd_set readfds,writefds,exceptfds;  
63.     timeval timeout;        //select的最多等待時間，防止一直等待  
64.     int i;  
65.     unsigned long arg;  
66.   
67.     WSAStartup(0x101,&wsa);  
68.     s = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);  
69.     ser_addr.sin_family = AF_INET;  
70.     ser_addr.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);  
71.     ser_addr.sin_port = htons(0x1234);  
72.     bind(s,(sockaddr*)&ser_addr,sizeof(ser_addr));  
73.   
74.     listen(s,5);  
75.     timeout.tv_sec = 5;     //如果套接字集合中在1s內沒有數據，select就會返回，超時select返回0  
76.     timeout.tv_usec = 0;  
77.     init_list(&sock_list);  
78.     FD_ZERO(&readfds);  
79.     FD_ZERO(&writefds);  
80.     FD_ZERO(&exceptfds);  
81.     sock_list.MainSock = s;  
82.     arg = 1;  
83.     ioctlsocket(sock_list.MainSock,FIONBIO,&arg);  
84.     while(1){  
85.         make_fdlist(&sock_list,&readfds);  
86.         //make_fdlist(&sock_list,&writefds);  
87.         //make_fdlist(&sock_list,&exceptfds);  
88.   
89.         retval = select(0,&readfds,&writefds,&exceptfds,&timeout);     //超過這個時間，就不阻塞在這里，返回一個0值。  
90.         if(retval == SOCKET_ERROR){  
91.             retval = WSAGetLastError();  
92.             break;  
93.         }  
94.         else if(retval == 0) {  
95.             printf("select() is time-out! There is no data or new-connect coming!\n");  
96.             continue;  
97.         }  
98.         if(FD_ISSET(sock_list.MainSock,&readfds)){  
99.             len = sizeof(remote_addr);  
100.             sock = accept(sock_list.MainSock,(sockaddr*)&remote_addr,&len);  
101.             if(sock == SOCKET_ERROR)  
102.                 continue;  
103.             printf("accept a connection\n");  
104.             insert_list(sock,&sock_list);  
105.         }  
106.         for(i = 0;i < 64;i++){  
107.             if(sock_list.sock_array[i] == 0)  
108.                 continue;  
109.             sock = sock_list.sock_array[i];  
110.             if(FD_ISSET(sock,&readfds)){  
111.                 retval = recv(sock,buf,128,0);  
112.                 if(retval == 0){  
113.                     closesocket(sock);  
114.                     printf("close a socket\n");  
115.                     delete_list(sock,&sock_list);  
116.                     continue;  
117.                 }else if(retval == -1){  
118.                     retval = WSAGetLastError();  
119.                     if(retval == WSAEWOULDBLOCK)  
120.                         continue;  
121.                     closesocket(sock);  
122.                     printf("close a socket\n");  
123.                     delete_list(sock,&sock_list);   //連接斷開后，從隊列中移除該套接字  
124.                     continue;  
125.                 }  
126.                 buf[retval] = 0;  
127.                 printf("->%s\n",buf);  
128.                 send(sock,"ACK by server",13,0);  
129.             }  
130.             //if(FD_ISSET(sock,&writefds)){  
131.             //}  
132.             //if(FD_ISSET(sock,&exceptfds)){  
133.               
134.         }  
135.         FD_ZERO(&readfds);  
136.         FD_ZERO(&writefds);  
137.         FD_ZERO(&exceptfds);  
138.     }  
139.     closesocket(sock_list.MainSock);  
140.     WSACleanup();  
141.     return 0;  
142. }  

 

關于linux下的select跟windows下的區別還有待學習。

 

參考書籍：

《WinSock網絡編程經絡》第19章

《UNIX環境高級編程》

RFID管理系統集成商 RFID中間件 條碼系統中間層 物聯網軟件集成