windows下的IO模型之选择（select）模型

时间 2019-11-17

标签 windows 模型选择 select 栏目 Windows 繁體版

原文原文链接

1.选择(select)模型:
选择模型：经过一个fd_set集合管理套接字，在知足套接字需求后，通知套接字。让套接字进行工做。html

选择模型的核心是FD_SET集合和select函数。经过该函数，咱们能够们判断套接字上是否存在数据，或者可否向一个套接字写入数据。ios

用途：若是咱们想接受多个SOCKET的数据，该怎么处理呢？编程

因为当前socket是阻塞的，直接处理是必定完成不了要求的windows

a.咱们会想到多线程，的确能够解决线程的阻塞问题，但开辟大量的线程并非什么好的选择；数组

b咱们能够想到用ioctlsocket()函数把socket设置成非阻塞的，而后用循环逐个socket查看当前套接字是否有数据，轮询进行。服务器

这种是能够解决问题的，可是会致使频繁切换状态到内核去查看是否有数据到达，浪费时间。网络

c.因而想办法用只切换一次状态就知道全部socket的接受缓冲区是否有数据，因而有了select模型，select是阻塞的,Select的好处是能够同时处理若干个Socket,多线程

select阻塞么并发

一个套接字阻塞或者不阻塞，select就在那里，它能够针对这2种套接字使用，对任何一种套接字的轮询检测，超时时间都是有效的，区别就在于：异步

当select完毕，认为该套接字可读时，

1 .阻塞的套接字，会让read阻塞，直到读到所须要的全部字节；

2 .非阻塞的套接字，会让read读完fd中的数据后就返回，但若是本来你要求读10个数据，这时只读了8个数据，若是你再也不次使用select来判断它是否可读，而是直接read，极可能返回EAGAIN或=EWOULDBLOCK(BSD风格) ，
此错误由在非阻塞套接字上不能当即完成的操做返回，例如，当套接字上没有排队数据可读时调用了recv()函数。此错误不是严重错误，相应操做应该稍后重试。对于在非阻塞 SOCK_STREAM套接字上调用connect()函数来讲，报告EWOULDBLOCK是正常的，由于创建一个链接必须花费一些时间。

　　 EWOULDBLOCK的意思是若是你不把socket设成非阻塞(即阻塞)模式时，这个读操做将阻塞，也就是说数据还未准备好(但系统知道数据来了，因此select告诉你那个socket可读)。使用非阻塞模式作I/O操做的细心的人会检查errno是否是EAGAIN、EWOULDBLOCK、EINTR，若是是就应该重读，通常是用循环。若是你不是必定要用非阻塞就不要设成这样，这就是为何系统的默认模式是阻塞。

经过完善select模型能够获得IO复用模型，详情请看：http://www.cnblogs.com/curo0119/p/8461520.html

一个IO模型的阻塞非阻塞指的是数据访问过程，而不是socket.

select是一个异步阻塞模型。

2.select函数:
int select(
int nfds,//忽略，只是为了保持与早期的Berkeley套接字应用程序的兼容

   fd_set FAR* readfds,//可读性检查(有数据可读入，链接关闭，重设，终止)，为空则不检查可读性
   fd_set FAR* writefds,//可写性检查(有数据可发出)，为空则不检查可写性
   fd+set FAR* exceptfds,//带外数据检查(带外数据)，为空则不检查
   const struct timeval FAR* timeout//超时
   );

3.select模型的工做步骤:
(1)定义一个集合fd_set并用fd_zero宏初始化为空

(2)用FD_SET宏，把套接字句柄加入到fd_set集合

(3)调用select函数，检查每一个套接字的可读可写性，select完成后，会返回全部在fd_set集合中有数据到达的socket的socket句柄总数，并对每一个集合进行更新，即没有数据到达的socket在原集合中会被置成空。
(4)根据select的返回值以及FD_ISSET宏，对FD_SET集合进行检查
(5)知道了每一个集合中“待决”的I/O操做后，对相应I/O操做进行处理，返回步骤1，继续select

select函数返回后，会修改FD_SET的结构，删除不存在待决IO操做的套接字，这也就是为何咱们以后要用FD_ISSET判断是否还在集合中的缘由。

bool UDPNet::SelectSocket()
{
	timeval tv;
	tv.tv_sec =0;
	tv.tv_usec = 100;
	fd_set fdsets;//建立集合
	FD_ZERO(&fdsets); //初始化集合

	FD_SET(m_socklisten,&fdsets);//将socket加入到集合中（此例子是一个socket）,将多个socket加入时，能够用数组加for循环

	select(NULL,&fdsets,NULL,NULL,&tv);//只检查可读性，即fd_set中的fd_read进行操做

	if(!FD_ISSET(m_socklisten,&fdsets))//检查 s是否s e t集合的一名成员；如答案是确定的是，则返回 T R U E。
	{
		return false;
	}
	return true;
}

4.select函数参数详解：　　

三个 fd_set参数：一个用于检查可读性（readfds），一个用于检查可写性（writefds），另外一个用于例外数据（ excepfds）。

从根本上说，fdset数据类型表明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：

■ 有数据能够读入。
■ 链接已经关闭、重设或停止。
■ 假如已调用了listen，并且一个链接正在创建，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：

■ 有数据能够发出。
■ 若是已完成了对一个非锁定链接调用的处理，链接就会成功。
最后，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链接调用的处理，链接尝试就会失败。
■ 有带外（out-of-band，OOB）数据可供读取。

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操做完成多久的时间。

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结构的定义以下：

struct timeval {
long tv_sec;
long tv_usec;

} ;

若将超时值设置为（0,0），代表select会当即返回，容许应用程序对 select操做进行“轮询”。出于对性能方面的考虑，应避免这样的设置。

select成功完成后，会在 fd_set结构中，返回恰好有未完成的I/O操做的全部套接字句柄的总量。

若超过timeval设定的时间，便会返回0。

如何测试一个套接字是否“可读”？

必须将本身的套接字增添到readfds集合，再等待select函数完成。

select完成以后，必须判断本身的套接字是否仍为readfds集合的一部分。若答案是确定的，便代表该套接字“可读”，可当即着手从它上面读取数据。

在三个参数中（readfds、writedfss和exceptfds），任何两个均可以是空值（NULL）；可是，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；

不然， select函数便没有任何东西能够等待。

无论因为什么缘由，假如select调用失败，都会返回SOCKET_ERROR

5.select优缺点：

优势：可实现单线程处理多个任务

缺点：

a.等待数据到达的过程以及将数据从内核拷贝到用户的过程总也存在必定阻塞

b.管理的set数组有必定上限，最可能是64个（可经过重置fd_setsize将上限扩大到1024）

c.select低效是由于每次它都须要轮询。

完整代码参考：

#include "stdafx.h"
#include <WinSock2.h>
#include <iostream>
using namespace std;

#include <stdio.h>

#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")

#define PORT 8000
#define MSGSIZE 255
#define SRV_IP "127.0.0.1"

int g_nSockConn = 0;//请求链接的数目

//FD_SETSIZE是在winsocket2.h头文件里定义的，这里windows默认最大为64
//在包含winsocket2.h头文件前使用宏定义能够修改这个值


struct ClientInfo
{
    SOCKET sockClient;
    SOCKADDR_IN addrClient;
};

ClientInfo g_Client[FD_SETSIZE];

DWORD WINAPI WorkThread(LPVOID lpParameter);

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{//基本步骤就不解释了，网络编程基础那篇博客里讲的很详细了
    WSADATA wsaData;
    WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsaData);

    SOCKET sockListen = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP);

    SOCKADDR_IN addrSrv;
    addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(SRV_IP);
    addrSrv.sin_family = AF_INET;
    addrSrv.sin_port = htons(PORT);

    bind(sockListen,(SOCKADDR*)&addrSrv,sizeof(SOCKADDR));

    listen(sockListen,64);

    DWORD dwThreadIDRecv = 0;
    DWORD dwThreadIDWrite = 0;

    HANDLE hand = CreateThread(NULL,0, WorkThread,NULL,0,&dwThreadIDRecv);//用来处理手法消息的进程
    if (hand == NULL)
    {
        cout<<"Create work thread failed\n";
        getchar();
        return -1;
    }

    SOCKET sockClient;
    SOCKADDR_IN addrClient;
    int nLenAddrClient = sizeof(SOCKADDR);//这里用0初试化找了半天才找出错误

    while (true)
    {
        sockClient = accept(sockListen,(SOCKADDR*)&addrClient,&nLenAddrClient);//第三个参数必定要按照addrClient大小初始化
        //输出链接者的地址信息
        //cout<<inet_ntoa(addrClient.sin_addr)<<":"<<ntohs(addrClient.sin_port)<<"has connect !"<<endl;

        if (sockClient != INVALID_SOCKET)
        {
            g_Client[g_nSockConn].addrClient = addrClient;//保存链接端地址信息
            g_Client[g_nSockConn].sockClient = sockClient;//加入链接者队列
            g_nSockConn++;
        }


    }

    closesocket(sockListen);
    WSACleanup();

    return 0;
}

DWORD WINAPI WorkThread(LPVOID lpParameter)
{
    FD_SET fdRead;
    int nRet = 0;//记录发送或者接受的字节数
    TIMEVAL tv;//设置超时等待时间
    tv.tv_sec = 1;
    tv.tv_usec = 0;
    char buf[MSGSIZE] = "";

    while (true)
    {
        FD_ZERO(&fdRead);
        for (int i = 0;i < g_nSockConn;i++)
        {
            FD_SET(g_Client[i].sockClient,&fdRead);
        }

        //只处理read事件，不事后面仍是会有读写消息发送的
        nRet = select(0,&fdRead,NULL,NULL,&tv);

        if (nRet == 0)
        {//没有链接或者没有读事件
            continue;
        }

        for (int i = 0;i < g_nSockConn;i++)
        {
            if (FD_ISSET(g_Client[i].sockClient,&fdRead))
            {
　　　　　　　　　　//若是在集合中，向下进行相应的IO操做
                nRet = recv(g_Client[i].sockClient,buf,sizeof(buf),0);//看是否能正常接收到数据

                if (nRet == 0 || (nRet == SOCKET_ERROR && WSAGetLastError() == WSAECONNRESET))
                {
                    cout<<"Client "<<inet_ntoa(g_Client[i].addrClient.sin_addr)<<"closed"<<endl;
                    closesocket(g_Client[i].sockClient);

                    if (i < g_nSockConn-1)
                    {
                        //将失效的sockClient剔除，用数组的最后一个补上去
                        g_Client[i--].sockClient = g_Client[--g_nSockConn].sockClient;
　　　　　　　　　　　　　　//i--是由于要从新判断新的i的位置的socket是否失效
                    }
                }
                else
                {
                    cout<<inet_ntoa(g_Client[i].addrClient.sin_addr)<<": "<<endl;
                    cout<<buf<<endl;
                    cout<<"Server:"<<endl;
                    //gets(buf);
                    strcpy(buf,"Hello!");
                    nRet = send(g_Client[i].sockClient,buf,strlen(buf)+1,0);
                }
            }
        }
    }
    return 0;
}

服务器的主要步骤：

1.建立监听套接字，绑定，监听

2.建立工做者线程

3.建立一个套接字组，用来存放当前全部活动的客户端套接字，没accept一个链接就更新一次数组

4.接收客户端的链接，由于没有从新定义FD_SIZE宏，服务器最多支持64个并发链接。最好是记录下链接数，不要无条件的接受链接

工做线程

工做线程是一个死循环，依次循环完成的动做是：

1.将当前客户端套接字加入到fd_read集中

2.调用select函数

3.用FD_ISSET查看时候套接字还在读集中，若是是就接收数据。若是接收的数据长度为0,或者发生WSAECONNRESET错误，，则

表示客户端套接字主动关闭，咱们要释放这个套接字资源，调整咱们的套接字数组（让下一个补上）。上面还有个nRet==0的判断，

就是由于select函数会当即返回，链接数为0会陷入死循环。

本文参考：http://blog.csdn.net/rheostat/article/details/9815725