Linux网络编程：select函数的用法和原理
Linux上的select函数
select函数用于检测一组socket中是否有事件就绪.这里的事件为以下三类:
- 读事件就绪
- 在
socket内核中,接收缓冲区中的字节数大于或者等于低水位标记SO_RCVLOWAT,此时调用rec或read函数可以无阻塞的读取该文件描述符,并且返回值大于零 - TCP连接的对端关闭连接,此时本端调用r
recv或read函数对socket进行读操作,recv或read函数返回0 - 在监听的
socket上有新的连接请求 - 在
socket尚有未处理的错误
- 在
- 写事件就绪
- 在
socket内核中,发送缓冲区中的可用字节数大于等于低水位标记时,可以无阻塞的写,并且返回值大于0 socket的写操作被关闭时,对一个写操作被关闭的socket进行写操作,会触发SIGPIPE信号socket使用非阻塞connect连接成功或失败时
- 在
- 异常事件就绪
select()如下:
#include <sys/select.h>
int select(int maxfdp1, fd_set *readset, fd_set *writeset, fd_set *exceptset,struct timeval *timeout);
参数说明
| nfds: | Linux上的socket也叫作fd,将这个参数的值设置为所有需要使用select函数检测事件的fd中的最大值加1即 nfds=max(fd1,fd2,...,fdn)+1 |
|---|---|
| readfds: | 需要监听可读事件的fd集合 |
| writefds: | 需要监听可写事件fd的集合 |
| exceptfds: | 需要监听异常事件的fd集合 |
| timeout: | 超时时间,即在这个参数设定的时间内检测这些fd的事件,超过这个时间后,select函数立即返回,这是一个timeval结构体 |
其定义如下:
struct timeval{
long tv_sec; /*秒 */
long tv_usec; /*微秒 */
}
参数readfds,writefds,exceptfds的类型都是fd_set,这是一个结构体信息
定义如下
//#define __FD_SETSIZE 1024
#define __NFDBITS (8 * (int) sizeof (__fd_mask))
#define __FD_ELT(d) ((d) / __NFDBITS)
#define __FD_MASK(d) ((__fd_mask) (1UL << ((d) % __NFDBITS)))
/* fd_set for select and pselect. */
typedef struct
{
/* XPG4.2 requires this member name. Otherwise avoid the name
from the global namespace. */
#ifdef __USE_XOPEN
//typedef long int __fd_mask;
__fd_mask fds_bits[__FD_SETSIZE / __NFDBITS];
# define __FDS_BITS(set) ((set)->fds_bits)
#endif
} fd_set;
/* 最大数量`fd_set'. */
#define FD_SETSIZE __FD_SETSIZE
假设未定义__USE_XOPEN整理一年
typedef struct
{
//typedef long int __fd_mask;
long int fds_bits[__FD_SETSIZE / __NFDBITS];
} fd_set;
将一个fd添加到fd_set这个集合中时需要使用FD_SET宏,其定义如下:
void FD_SET(fd, fdsetp)
实现如下:
#define FD_SET(fd, fdsetp) __FD_SET (fd, fdsetp)
__FD_SET (fd, fdsetp)实现如下:
/* We don't use `memset' because this would require a prototype and
the array isn't too big. */
# define __FD_ZERO(set) \
do { \
unsigned int __i; \
fd_set *__arr = (set); \
for (__i = 0; __i < sizeof (fd_set) / sizeof (__fd_mask); ++__i) \
__FDS_BITS (__arr)[__i] = 0; \
} while (0)
#endif /* GNU CC */
#define __FD_SET(d, set) \
((void) (__FDS_BITS (set)[__FD_ELT (d)] |= __FD_MASK (d)))
举个例子,假设现在fd的值为43,那么在数组下表为0的元素中第43个bit被置为1
再Linux上,向fd_set集合中添加新的fd时,采用位图法确定位置;在windows中添加fd至fd_set的实现规则依次从数组第0个位置开始向后递增
也就是说,FD_SET宏本质上是在一个有1024个连续bit的数组的第fd位置置1.
同理,FD_CLR删除一个fd的原理,也就是将数组的第fd位置置为0
实例;
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <iostream>
#include <cstring>
#include <sys/time.h>
#include <vector>
#include <cerrno>
//Customize the value representing invalid fd
#pragma clang diagnostic push
#pragma ide diagnostic ignored "EndlessLoop"
#define INVALID_FD -1
int main(int argc,char * argv[])
{
//create a listen socket
int listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(listenfd == INVALID_FD)
{
printf("创建监听socket失败");
return -1;
}
//init server addr
sockaddr_in bindaddr{};
bindaddr.sin_family = AF_INET;
bindaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
bindaddr.sin_port= htons(3000);
if(bind(listenfd,(struct sockaddr*) &bindaddr, sizeof(bindaddr)) == -1)
{
printf("绑定socket失败");
close(listenfd);
return -1;
}
//start listen
if(listen(listenfd,SOMAXCONN) == -1)
{
printf("监听失败！");
close(listenfd);
return -1;
}
//Store the client's socket data
std::vector<int> clientfds;
int maxfd;
while(true)
{
fd_set readset;
FD_ZERO(&readset);
FD_SET(listenfd,&readset);
maxfd = listenfd;
unsigned long clientfdslength = clientfds.size();
for (int i = 0; i < clientfdslength; ++i)
{
if(clientfds[i] != INVALID_FD)
{
FD_SET(clientfds[i],&readset);
if(maxfd<clientfds[i])
maxfd = clientfds[i];
}
}
timeval tm{};
tm.tv_sec = 1;
tm.tv_usec =0;
int ret = select(maxfd+1,&readset, nullptr, nullptr,&tm);
if(ret == -1)
{
if (errno != EINTR)
break;
}
//time out
else if (ret ==0 )
{
continue;
}
else
{
//event detected on a socket
if (FD_ISSET(listenfd,&readset))
{
sockaddr_in clientaddr{};
socklen_t clientaddrlen = sizeof(clientaddr);
//accept client connection
int clientfd = accept(listenfd,(struct sockaddr *)&clientaddr,&clientaddrlen);
if (clientfd == INVALID_FD)
{
break;
}
std::cout<<"接受到客户端连接，fd："<<clientfd<<std::endl;
clientfds.push_back(clientfd);
}
else
{
//Assume that the data length sent by the client is not greater than 63
char recvbuf[64];
unsigned long clientfdslength = clientfds.size();
for (int i = 0; i < clientfdslength; ++i)
{
if(clientfds[i] != INVALID_FD && FD_ISSET(clientfds[i],&readset))
{
memset(recvbuf,0, sizeof(recvbuf));
//accept data
int length = recv(clientfds[i],recvbuf,64,0);
//recv的返回值等于0,表示客户端关闭了连接
if (length <=0 )
{
//error
std::cout<<"error"<<clientfds[i]<<std::endl;
close(clientfds[i]);
clientfds[i] == INVALID_FD;
continue;
}
std::cout<<"clientfd: "<<clientfds[i]<<", recv data:"<<recvbuf<<std::endl;
}
}
}
}
}
//close all client socket
int clientfdslength = clientfds.size();
for (int i = 0; i < clientfdslength; ++i)
{
if(clientfds[i] != INVALID_FD)
{
close(clientfds[i]);
}
}
//close socket
close(listenfd);
return 0;
}
#pragma clang diagnostic pop
使用nc -v 127.0.0.1 3000来模拟客户端,打开三个终端
关于以上代码,需要注意以下几点:
-
select函数在调用前后可能会修改readfds,writefds,exceptfds所以想在下次调用select函数时服用这些fd_set变量需要重新清零,添加内容for (int i = 0; i < clientfdslength; ++i) { if(clientfds[i] != INVALID_FD) { FD_SET(clientfds[i],&readset); if(maxfd<clientfds[i]) maxfd = clientfds[i]; } } -
select函数也会修改timeval结构体的值,如果想复用这些变量,需要重新设置timeval tm{}; tm.tv_sec = 1; tm.tv_usec =0; -
如果将
select的timeval参数设置为NULL,则select函数会一直阻塞下去
windows上的socket函数
在windows上,select函数结束后,不会修改timeval函数
