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2009年(67)

我的朋友

分类: C/C++

2009-08-28 09:43:35

http://eastsun.blogbus.com/logs/7873846.html

Select在Socket编程中还是比较重要的,可是对于初学Socket的人来说都不太爱用Select写程序,他们只是习惯写诸如 connect、accept、recv或recvfrom这样的阻塞程序(所谓阻塞方式block,顾名思义,就是进程或是线程执行到这些函数时必须等 待某个事件的发生,如果事件没有发生,进程或线程就被阻塞,函数不能立即返回)。可是使用Select就可以完成非阻塞(所谓非阻塞方式non- block,就是进程或线程执行此函数时不必非要等待事件的发生,一旦执行肯定返回,以返回值的不同来反映函数的执行情况,如果事件发生则与阻塞方式相 同,若事件没有发生则返回一个代码来告知事件未发生,而进程或线程继续执行,所以效率较高)方式工作的程序,它能够监视我们需要监视的文件描述符的变化情 况——读写或是异常。下面详细介绍一下!

Select的函数格式(我所说的是Unix系统下的伯克利socket编程,和windows下的有区别,一会儿说明):

int select(int maxfdp,fd_set *readfds,fd_set *writefds,fd_set *errorfds,struct timeval *timeout);

先说明两个结构体:

第 一,struct fd_set可以理解为一个集合,这个集合中存放的是文件描述符(file descriptor),即文件句柄,这可以是我们所说的普通意义的文件,当然Unix下任何设备、管道、FIFO等都是文件形式,全部包括在内,所以毫 无疑问一个socket就是一个文件,socket句柄就是一个文件描述符。fd_set集合可以通过一些宏由人为来操作,比如清空集合 FD_ZERO(fd_set *),将一个给定的文件描述符加入集合之中FD_SET(int ,fd_set *),将一个给定的文件描述符从集合中删除FD_CLR(int ,fd_set*),检查集合中指定的文件描述符是否可以读写FD_ISSET(int ,fd_set* )。一会儿举例说明。

第二,struct timeval是一个大家常用的结构,用来代表时间值,有两个成员,一个是秒数,另一个是毫秒数。

具体解释select的参数:

int maxfdp是一个整数值,是指集合中所有文件描述符的范围,即所有文件描述符的最大值加1,不能错!在Windows中这个参数的值无所谓,可以设置不正确。

fd_set *readfds是指向fd_set结构的指针,这个集合中应该包括文件描述符,我们是要监视这些文件描述符的读变化的,即我们关心是否可以从这些文件中 读取数据了,如果这个集合中有一个文件可读,select就会返回一个大于0的值,表示有文件可读,如果没有可读的文件,则根据timeout参数再判断 是否超时,若超出timeout的时间,select返回0,若发生错误返回负值。可以传入NULL值,表示不关心任何文件的读变化。

fd_set *writefds是指向fd_set结构的指针,这个集合中应该包括文件描述符,我们是要监视这些文件描述符的写变化的,即我们关心是否可以向这些文件 中写入数据了,如果这个集合中有一个文件可写,select就会返回一个大于0的值,表示有文件可写,如果没有可写的文件,则根据timeout参数再判 断是否超时,若超出timeout的时间,select返回0,若发生错误返回负值。可以传入NULL值,表示不关心任何文件的写变化。

fd_set *errorfds同上面两个参数的意图,用来监视文件错误异常。

struct timeval* timeout是select的超时时间,这个参数至关重要,它可以使select处于三种状态,第一,若将NULL以形参传入,即不传入时间结构,就是 将select置于阻塞状态,一定等到监视文件描述符集合中某个文件描述符发生变化为止;第二,若将时间值设为0秒0毫秒,就变成一个纯粹的非阻塞函数, 不管文件描述符是否有变化,都立刻返回继续执行,文件无变化返回0,有变化返回一个正值;第三,timeout的值大于0,这就是等待的超时时间,即 select在timeout时间内阻塞,超时时间之内有事件到来就返回了,否则在超时后不管怎样一定返回,返回值同上述。

返回值:

负值:select错误 正值:某些文件可读写或出错 0:等待超时,没有可读写或错误的文件

在有了select后可以写出像样的网络程序来!举个简单的例子,就是从网络上接受数据写入一个文件中。

例子:

main()

{

int sock;

FILE *fp;

struct fd_set fds;

struct timeval timeout={3,0}; //select等待3秒,3秒轮询,要非阻塞就置0

char buffer[256]={0}; //256字节的接收缓冲区

/* 假定已经建立UDP连接,具体过程不写,简单,当然TCP也同理,主机ip和port都已经给定,要写的文件已经打开

sock=socket(...);

bind(...);

fp=fopen(...); */

while(1)

{

FD_ZERO(&fds); //每次循环都要清空集合,否则不能检测描述符变化

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错误,退出程序

case 0:break; //再次轮询

default:

if(FD_ISSET(sock,&fds)) //测试sock是否可读,即是否网络上有数据

{

recvfrom(sock,buffer,256,.....);//接受网络数据

if(FD_ISSET(fp,&fds)) //测试文件是否可写

fwrite(fp,buffer...);//写入文件

buffer清空;

}// end if break;

}// end switch

}//end while

}//end main

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Linux select()详解


Linux select()详解
 
    select系统调用是用来让我们的程序监视多个文件句柄(file descriptor)的状态变化的。程序会停在select这里等待,直到被监视的文件句柄有某一个或多个发生了状态改变。

    文件在句柄在Linux里很多,如果你man某个函数,在函数返回值部分说到成功后有一个文件句柄被创建的都是的,如man socket可以看到“On success, a file descriptor for the new socket is returned.”而man 2 open可以看到“open() and creat() return the new file descriptor”,其实文件句柄就是一个整数,看socket函数的声明就明白了:
    int socket(int domain, int type, int protocol);
当然,我们最熟悉的句柄是0、1、2三个,0是标准输入,1是标准输出,2是标准错误输出。0、1、2是整数表示的,对应的FILE *结构的表示就是stdin、stdout、stderr,0就是stdin,1就是stdout,2就是stderr。
比如下面这两段代码都是从标准输入读入9个字节字符:


#include
#include
#include
int main(int argc, char ** argv)
{
        char buf[10] = "";
        read(0, buf, 9); /* 从标准输入 0 读入字符 */
        fprintf(stdout, "%s\n", buf); /* 向标准输出 stdout 写字符 */
        return 0;
}
/* **上面和下面的代码都可以用来从标准输入读用户输入的9个字符** */
#include
#include
#include
int main(int argc, char ** argv)
{
        char buf[10] = "";
        fread(buf, 9, 1, stdin); /* 从标准输入 stdin 读入字符 */
        write(1, buf, strlen(buf));
        return 0;
}
   继续上面说的select,就是用来监视某个或某些句柄的状态变化的。select函数原型如下:
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
函 数的最后一个参数timeout显然是一个超时时间值,其类型是struct timeval *,即一个struct timeval结构的变量的指针,所以我们在程序里要申明一个struct timeval tv;然后把变量tv的地址&tv传递给select函数。struct timeval结构如下:


struct timeval {
             long    tv_sec;         /* seconds */
             long    tv_usec;        /* microseconds */
         };
   第2、3、4三个参数是一样的类型: fd_set *,即我们在程序里要申明几个fd_set类型的变量,比如rdfds, wtfds, exfds,然后把这个变量的地址&rdfds, &wtfds, &exfds 传递给select函数。这三个参数都是一个句柄的集合,第一个rdfds是用来保存这样的句柄的:当句柄的状态变成可读的时系统就会告诉select函 数返回,同理第二个wtfds是指有句柄状态变成可写的时系统就会告诉select函数返回,同理第三个参数exfds是特殊情况,即句柄上有特殊情况发 生时系统会告诉select函数返回。特殊情况比如对方通过一个socket句柄发来了紧急数据。如果我们程序里只想检测某个socket是否有数据可 读,我们可以这样:

fd_set rdfds; /* 先申明一个 fd_set 集合来保存我们要检测的 socket句柄 */
struct timeval tv; /* 申明一个时间变量来保存时间 */
int ret; /* 保存返回值 */
FD_ZERO(&rdfds); /* 用select函数之前先把集合清零 */
FD_SET(socket, &rdfds); /* 把要检测的句柄socket加入到集合里 */
tv.tv_sec = 1;
tv.tv_usec = 500; /* 设置select等待的最大时间为1秒加500毫秒 */
ret = select(socket + 1, &rdfds, NULL, NULL, &tv); /* 检测我们上面设置到集合rdfds里的句柄是否有可读信息 */
if(ret < 0) perror("select");/* 这说明select函数出错 */
else if(ret == 0) printf("超时\n"); /* 说明在我们设定的时间值1秒加500毫秒的时间内,socket的状态没有发生变化 */
else { /* 说明等待时间还未到1秒加500毫秒,socket的状态发生了变化 */
    printf("ret=%d\n", ret); /* ret这个返回值记录了发生状态变化的句柄的数目,由于我们只监视了socket这一个句柄,所以这里一定ret=1,如果同时有多个句柄发生变化返回的就是句柄的总和了 */
    /* 这里我们就应该从socket这个句柄里读取数据了,因为select函数已经告诉我们这个句柄里有数据可读 */
    if(FD_ISSET(socket, &rdfds)) { /* 先判断一下socket这外被监视的句柄是否真的变成可读的了 */
        /* 读取socket句柄里的数据 */
        recv(...);
    }
}
   注意select函数的第一个参数,是所有加入集合的句柄值的最大那个值还要加1。比如我们创建了3个句柄:
/************关于本文档********************************************
*filename: Linux网络编程一步一步学-select详解
*purpose: 详细说明select的用法
*wrote by: zhoulifa(zhoulifa@163.com) 周立发()
Linux爱好者 Linux知识传播者 SOHO族 开发者 最擅长C语言
*date time:2007-02-03 19:40
*Note: 任何人可以任意复制代码并运用这些文档,当然包括你的商业用途
* 但请遵循GPL
*Thanks to:Google
*Hope:希望越来越多的人贡献自己的力量,为科学技术发展出力
* 科技站在巨人的肩膀上进步更快!感谢有开源前辈的贡献!
*********************************************************************/

int sa, sb, sc;
sa = socket(...); /* 分别创建3个句柄并连接到服务器上 */
connect(sa,...);
sb = socket(...);
connect(sb,...);
sc = socket(...);
connect(sc,...);

FD_SET(sa, &rdfds);/* 分别把3个句柄加入读监视集合里去 */
FD_SET(sb, &rdfds);
FD_SET(sc, &rdfds);
   在使用select函数之前,一定要找到3个句柄中的最大值是哪个,我们一般定义一个变量来保存最大值,取得最大socket值如下:

int maxfd = 0;
if(sa > maxfd) maxfd = sa;
if(sb > maxfd) maxfd = sb;
if(sc > maxfd) maxfd = sc;
   然后调用select函数:
ret = select(maxfd + 1, &rdfds, NULL, NULL, &tv); /* 注意是最大值还要加1 */
   同样的道理,如果我们要检测用户是否按了键盘进行输入,我们就应该把标准输入0这个句柄放到select里来检测,如下:

FD_ZERO(&rdfds);
FD_SET(0, &rdfds);
tv.tv_sec = 1;
tv.tv_usec = 0;
ret = select(1, &rdfds, NULL, NULL, &tv); /* 注意是最大值还要加1 */
if(ret < 0) perror("select");/* 出错 */
else if(ret == 0) printf("超时\n"); /* 在我们设定的时间tv内,用户没有按键盘 */
else { /* 用户有按键盘,要读取用户的输入 */
    scanf("%s", buf);
}
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Linux select学习笔记


select系统调用是用来让我们的程序监视多个文件描述符(file descrīptor)的状态变化的。程序会停在select这里等待,直到被监视的文件描述符有某一个或多个发生了状态改变。select()的机制中提供一fd_set的数据结构,实际上是一long类型的数组, 每一个数组元素都能与一打开的文件描述符(不管是Socket描述符,还是其他 文件或命名管道或设备描述符)建立联系,建立联系的工作由程序员完成, 当调用select()时,由内核根据IO状态修改fd_set的内容,由此来通知执 行了select()的进程哪一Socket或文件可读,

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

函数的最后一个参数timeout显然是一个超时时间值,其类型是struct timeval *,即一个struct timeval结构的变量的指针,所以我们在程序里要申明一个struct timeval tv;然后把变量tv的地址&tv传递给select函数。struct timeval结构如下:

struct timeval {
long   tv_sec;     /* seconds */
long   tv_usec;    /* microseconds */
};

234三个参数的类型是一样的: fd_set *,即我们在程序里要申明几个fd_set类型的变量,比如定义了rfds, wfds, efds

另外关于fd_set类型的变量,还有一组标准的宏定义来处理此类变量:

FD_ZERO(fd_set *fdset):清空fdset与所有文件描述符的联系。

FD_SET(int fd, fd_set *fdset):建立文件描述符fdfdset的联系。

FD_CLR(int fd, fd_set *fdset):清除文件描述符fdfdset的联系。

FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset):检查fd_set联系的文件描述符fd是否可读写,>0表示可读写。

(关于fd_set及相关宏的定义见/usr/include/sys/types.h定义的这三个参数都是描述符的集合,第一个rfds是用来保存这样的描述符的:当描述符的状态变成可读的时系统就会告诉select函数返回,第二个wfds是指有描述符状态变成可写的时系统就会告诉select函数返回,第三个参数efds是特殊情况,即描述符上有特殊情况发生时系统会告诉select函数返回。下面以一个输入为例来说明:

int fd1, fd2;         /* 在定义两个描述符*/

fd1 = socket(...);    /* 创建socket连接*/

fd2 = open(“/dev/tyS0”,O_RDWR); /* 打开一个串口*/

FD_ZERO(&rfds);       /* select函数之前先把集合清零 */

FD_SET(fd1, &rfds);   /* 分别把2个描述符加入读监视集合里去 */

FD_SET(fd2, &rfds);

int maxfd = 0;

maxfd = (fd1>fd2)?(fd1+1):(fd2+1);           /* 注意是最大值还要加1 */

ret = select(maxfd, &rfds, NULL, NULL, &tv); /*然后调用select函数*/

这样就可以使用一个开关语句(switch语句)来判断到底是哪一个输入源在输入数据。具体判断如下:

switchret{

case -1perror("select");/* 这说明select函数出错 */

case 0printf("超时\n"); /* 说明在设定的时间内,socket的状态没有发生变化 */

default

ifFD_ISSET(fd1, &rfds)) 处理函数1();/*socket有数据来*/

ifFD_ISSET(fd2, &rfds)) 处理函数2();/*ttyS0有数据来*/

}

 

以下来自网络搜索:

Linuxselect调用的过程:

1.用户层应用程序调用select(),底层调用poll())

2.核心层调用sys_select() ------> do_select()

最终调用文件描述符fd对应的struct file类型变量的struct file_operations *f_oppoll函数。

poll指向的函数返回当前可否读写的信息。

1)如果当前可读写,返回读写信息。

2)如果当前不可读写,则阻塞进程,并等待驱动程序唤醒,重新调用poll函数,或超时返回。

3.驱动需要实现poll函数。

当驱动发现有数据可以读写时,通知核心层,核心层重新调用poll指向的函数查询信息。

poll_wait(filp,&wait_q,wait) // 此处将当前进程加入到等待队列中,但并不阻塞

在中断中使用wake_up_interruptible(&wait_q)唤醒等待队列



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Socket编程中select()的妙用
 
用过 WinSock API 网友们知道:WinSock 编程中有一很方便的地方便是其
息驱动机制,不管是底层 API 的 WSAAsyncSelect() 还是 MFC 的异步Socket类:
CAsyncSocket,都提供了诸如 FD_ACCEPT、FD_READ、FD_CLOSE 之类的消息
供编程人员捕捉并处理。FD_ACCEPT 通知进程有客户方Socket请求连接,
FD_READ通知进程本地Socket有东东可读,FD_CLOSE通知进程对方Socket已
关闭。那么,BSD Socket 是不是真的相形见拙呢?
 
非也! 'cause cpu love unix so.
 
BSD UNIX中有一系统调用芳名select()完全可以提供类似的消息驱动机制。
cpu郑重宣布:WinSock的WSAAsyncSeclet()不过是此select()的fork版!
 
bill也是fork出来的嘛,xixi.
 
select()的机制中提供一fd_set的数据结构,实际上是一long类型的数组,
每一个数组元素都能与一打开的文件句柄(不管是Socket句柄,还是其他
文件或命名管道或设备句柄)建立联系,建立联系的工作由程序员完成,
当调用select()时,由内核根据IO状态修改fd_set的内容,由此来通知执
行了select()的进程哪一Socket或文件可读,下面具体解释:
 
#include 
#include 
#include 
 
int select(nfds, readfds, writefds, exceptfds, timeout)
int nfds;
fd_set *readfds, *writefds, *exceptfds;
struct timeval *timeout;
 
ndfs:select监视的文件句柄数,视进程中打开的文件数而定,一般设为呢要监视各文件
      中的最大文件号加一。
readfds:select监视的可读文件句柄集合。
writefds: select监视的可写文件句柄集合。
exceptfds:select监视的异常文件句柄集合。
timeout:本次select()的超时结束时间。(见/usr/sys/select.h,
        可精确至百万分之一秒!)
 
当readfds或writefds中映象的文件可读或可写或超时,本次select()
就结束返回。程序员利用一组系统提供的宏在select()结束时便可判
断哪一文件可读或可写。对Socket编程特别有用的就是readfds。
几只相关的宏解释如下:
 
FD_ZERO(fd_set *fdset):清空fdset与所有文件句柄的联系。
FD_SET(int fd, fd_set *fdset):建立文件句柄fd与fdset的联系。
FD_CLR(int fd, fd_set *fdset):清除文件句柄fd与fdset的联系。
FD_ISSET(int fd, fdset *fdset):检查fdset联系的文件句柄fd是否
                                可读写,>0表示可读写。
(关于fd_set及相关宏的定义见/usr/include/sys/types.h)
 
这样,你的socket只需在有东东读的时候才读入,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() */
                        }
        }
}
 
所以一个FD_ISSET(sockfd)就相当通知了sockfd可读。
至于struct timeval在此的功能,请man select。不同的timeval设置
使使select()表现出超时结束、无超时阻塞和轮询三种特性。由于
timeval可精确至百万分之一秒,所以Windows的SetTimer()根本不算
什么。你可以用select()做一个超级时钟。
 
FD_ACCEPT的实现?依然如上,因为客户方socket请求连接时,会发送
连接请求报文,此时select()当然会结束,FD_ISSET(sockfd)当然大
于零,因为有报文可读嘛!至于这方面的应用,主要在于服务方的父
Socket,你若不喜欢主动accept(),可改为如上机制来accept()。
 
至于FD_CLOSE的实现及处理,颇费了一堆cpu处理时间,未完待续。
 
--
讨论关于利用select()检测对方Socket关闭的问题:
 
仍然是本地Socket有东东可读,因为对方Socket关闭时,会发一个关闭连接
通知报文,会马上被select()检测到的。关于TCP的连接(三次握手)和关
闭(二次握手)机制,敬请参考有关TCP/IP的书籍。
 
不知是什么原因,UNIX好象没有提供通知进程关于Socket或Pipe对方关闭的
信号,也可能是cpu所知有限。总之,当对方关闭,一执行recv()或read(),
马上回返回-1,此时全局变量errno的值是115,相应的sys_errlist[errno]
为"Connect refused"(请参考/usr/include/sys/errno.h)。所以,在上
篇的for(;;)...select()程序块中,当有东西可读时,一定要检查recv()或
read()的返回值,返回-1时要作出关断本地Socket的处理,否则select()会
一直认为有东西读,其结果曾几令cpu伤心欲断针脚。不信你可以试试:不检
查recv()返回结果,且将收到的东东(实际没收到)写至标准输出...
在有名管道的编程中也有类似问题出现。具体处理详见拙作:发布一个有用
的Socket客户方原码。
 
至于主动写Socket时对方突然关闭的处理则可以简单地捕捉信号SIGPIPE并作
出相应关断本地Socket等等的处理。SIGPIPE的解释是:写入无读者方的管道。
在此不作赘述,请详man signal。
 
以上是cpu在作tcp/ip数据传输实验积累的经验,若有错漏,请狂炮击之。
 
唉,昨天在hacker区被一帮孙子轰得差点儿没短路。ren cpu(奔腾的心) z80
 
补充关于select在异步(非阻塞)connect中的应用,刚开始搞socket编程的时候
我一直都用阻塞式的connect,非阻塞connect的问题是由于当时搞proxy scan
而提出的呵呵
通过在网上与网友们的交流及查找相关FAQ,总算知道了怎么解决这一问题.同样
用select可以很好地解决这一问题.大致过程是这样的:
 
1.将打开的socket设为非阻塞的,可以用fcntl(socket, F_SETFL, O_NDELAY)完
成(有的系统用FNEDLAY也可).
 
2.发connect调用,这时返回-1,但是errno被设为EINPROGRESS,意即connect仍旧
在进行还没有完成.
 
3.将打开的socket设进被监视的可写(注意不是可读)文件集合用select进行监视,
如果可写,用
        getsockopt(socket, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &error, sizeof(int));
来得到error的值,如果为零,则connect成功.
 
在许多unix版本的proxyscan程序你都可以看到类似的过程,另外在solaris精华
区->编程技巧中有一个通用的带超时参数的connect模块. 
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给主人留下些什么吧!~~

chinaunix网友2010-04-26 10:54:21

很详细,很好 顶!