异步套接字编程之select模型

 

█ 选择（select）模型是Winsock中最常见的 I/O模型。核心便是利用 select 函数，实现对 I/O的管理！
利用 select 函数来判断某Socket上是否有数据可读，或者能否向一个套接字写入数据，防止程序在Socket处于阻塞模式中时，
在一次 I/O 调用（如send或recv、accept等）过程中，被迫进入“锁定”状态；同时防止在套接字处于非阻塞模
式中时，产生WSAEWOULDBLOCK错误。

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

其中，第一个参数nfds会被忽略。之所以仍然要提供这个参数，只是为了保持与Berkeley套接字兼容。
后面大家看到有三个 fd_set类型的参数：
一个用于检查可读性（readfds），
一个用于检查可写性（writefds），
一个用于例外数据（exceptfds）。

fd_set 结构的定义如下：
typedef struct fd_set { 
 u_int fd_count;
 SOCKET fd_array[FD_SETSIZE];
} fd_set;

#define FD_SETSIZE      64
所以 fd_set 结构中最多只能监视64个套接字。

fdset 代表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：
● 有数据可以读入。
● 连接已经关闭、重设或中止。
● 假如已调用了listen，而且一个连接正在建立，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：
● 有数据可以发出。
● 如果已完成了对一个非锁定连接调用的处理，连接就会成功。

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连接调用的处理，连接尝试就会失败。
● 有带外（Out-of-band，OOB）数据可供读取。

举个例子，假设我们想测试一个套接字是否“可读”，必须将自己的套接字增添到readfds集合中，
然后调用 select 函数并等待其完成。select 完成之后，再次判断自己的套接字是否仍为 readfds 集合的一部分。
若答案是肯定的，则表明该套接字“可读”，可立即着手从它上面读取数据。

在三个参数中（readfds、writefds 和 exceptfds），任何两个都可以是空值（ NULL）；
但是，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；
否则， select 函数便没有任何东西可以等待。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操作完成多久的时间。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 结构的定义如下：
tv_sec 字段以秒为单位指定等待时间；
tv_usec 字段则以毫秒为单位指定等待时间。
1秒 = 1000毫秒

若将超时值设置为（0 , 0），表明 select 会立即返回，出于对性能方面的考虑，应避免这样的设置。

█ select 函数返回值：
select 成功完成后，会在 fdset 结构中，返回刚好有未完成的 I/O操作的所有套接字句柄的总量。
若超过 timeval 设定的时间，便会返回0。若 select 调用失败，都会返回 SOCKET_ERROR，
应该调用 WSAGetLastError 获取错误码！

用 select 对套接字进行监视之前，必须将套接字句柄分配给一个fdset的结构集合，
之后再来调用 select，便可知道一个套接字上是否正在发生上述的 I/O 活动。
Winsock 提供了下列宏操作，可用来针对 I/O活动，对 fdset 进行处理与检查：
● FD_CLR(s, *set)：从set中删除套接字s。
● FD_ISSET(s, *set)：检查s是否set集合的一名成员；如答案是肯定的是，则返回TRUE。
● FD_SET(s, *set)：将套接字s加入集合set。
● FD_ZERO( * set)：将set初始化成空集合。

例如，假定我们想知道是否可从一个套接字中安全地读取数据，同时不会陷于无休止的
“锁定”状态，便可使用 FDSET 宏，将自己的套接字分配给 fdread 集合，再来调用 select。要
想检测自己的套接字是否仍属 fdread 集合的一部分，可使用 FD_ISSET 宏。采用下述步骤，便
可完成用 select 操作一个或多个套接字句柄的全过程：
1) 使用FDZERO宏，初始化一个fdset对象；
2) 使用FDSET宏，将套接字句柄加入到fdset集合中；
3) 调用 select 函数，等待其返回……select 完成后，会返回在所有 fdset 集合中设置的套接字句柄总数，
并对每个集合进行相应的更新。
4) 根据 select的返回值和 FDISSET宏，对 fdset 集合进行检查。
5) 知道了每个集合中“待决”的 I/O操作之后，对 I/O进行处理，
然后返回步骤1 )，继续进行 select 处理。

select 函数返回后，会修改 fdset 结构，删除那些不存在待决 I/O 操作的套接字句柄。
这正是我们在上述的步骤 ( 4 ) 中，为何要使用 FDISSET 宏来判断一个特定的套接字是否仍在集合中的原因。

1. <span style="font-size:14px;">客户端代码：
2. void CClientDlg::OnBnClickedLink()
3. {
4. // TODO: 在此添加控件通知处理程序代码
5. AfxBeginThread(ThreadPro,this); //开启一个线程
6. }
7. BOOL CClientDlg::InitSock() //初始化套接字库，建msdn
8. {
9. WORD wVersionRequested;
10. WSADATA wsaData;
11. int err;
12. wVersionRequested = MAKEWORD( 2, 2 );
13. err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData );
14. if ( err != 0 ) {
15. return FALSE;
16. }
17. if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 2 ||
18. HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 2 ) {
19. WSACleanup( );
20. return FALSE;
21. }
22. return TRUE;
23. }
24. BOOL CClientDlg::SelectFun(SOCKET sock,BOOL ret) //ret为true表示要读取数据，ret为false表示要发送数据
25. {
26. //1.用FD_ZEOR初始化fd_set，timeval
27. //2.用FD_SET将SOCKET加入集合
28. //3.调用select函数
29. //4.调用FD_ISSET判断
30. fd_set fd;
31. FD_ZERO(&fd);
32. timeval tval;
33. tval.tv_sec=0;
34. tval.tv_usec=1000;
35. FD_SET(sock,&fd);
36. int num;
37. if (ret) //ret只是用来区分读写
38. {
39. num=select(0,&fd,NULL,NULL,&tval);
40. }
41. else
42. {
43. num=select(0,NULL,&fd,NULL,&tval);
44. }
45. if(num<=0)
46. return FALSE;
47. else if( num>0 && FD_ISSET(sock,&fd))
48. return TRUE;
49. return FALSE;
50. }
51. UINT CClientDlg::ThreadPro( LPVOID pParam )
52. {
53. ASSERT(pParam);
54. CClientDlg* pDlg=(CClientDlg*)pParam; //将线程函数定义为类的静态成员函数，只能通过对象去操作类里的数据
55. if (!pDlg->InitSock())
56. {
57. AfxMessageBox(_T("初始化套接字库失败"));
58. return 0;
59. }
60. SOCKADDR_IN serAddr;
61. serAddr.sin_addr.s_addr=inet_addr("127.0.0.1"); //VS2008里用的是小写的s_addr  inet_addr将字符串转换为网络字节顺序，inet_addr将网络地址转换为字符串
62. serAddr.sin_family=AF_INET;
63. serAddr.sin_port=htons(5000);
64. pDlg->m_sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP); //这里不能直接使用m_sock非静态成员，最后一个参数是可选的
65. if (pDlg->m_sock==INVALID_SOCKET)
66. {
67. AfxMessageBox(_T("创建套接字失败"));
68. return 0;
69. }
70. if (connect(pDlg->m_sock,(SOCKADDR*)&serAddr,sizeof(SOCKADDR_IN))==SOCKET_ERROR)
71. {
72. AfxMessageBox(_T("连接服务器失败"));
73. return 0;
74. }
75. while (1)
76. {
77. if(pDlg->SelectFun(pDlg->m_sock,TRUE)) // 判断，如果select判断为真则读取数据
78. {
79. int res;
80. TCHAR bufData[1024]={0};
81. res=recv(pDlg->m_sock,(char*)bufData,1024,0);
82. //recv的返回值，>0接收正确(也就是数据的大小)，=0连接断开 <0接收出错
83. if(res>0)
84. {
85. pDlg->ShowMsg(bufData);
86. }
87. else
88. {
89. pDlg->ShowMsg(_T("服务器已经断开！"));
90. break;
91. }
92. }
93. else
94. Sleep(1000);
95. }
96. WSACleanup();
97. }
98. void CClientDlg::OnBnClickedSend()
99. {
100. // TODO: 在此添加控件通知处理程序代码
101. CString strText;
102. //ASSERT(m_cliSock != INVALID_SOCKET);
103. if (m_sock==INVALID_SOCKET)
104. {
105. MessageBox(_T("套接字无效"));
106. return;
107. }
108. GetDlgItemText(IDC_SENDDATA, strText);
109. if (!strText.IsEmpty() && SelectFun(m_sock,FALSE)) //如果SelectFun返回真则表示可以写入数据
110. {
111. send(m_sock, (char *)strText.GetBuffer(), strText.GetLength()*sizeof(TCHAR), 0);
112. SetDlgItemText(IDC_SENDDATA, _T(""));
113. }
114. else{
115. MessageBox(_T("发送数据出错"));
116. return;
117. }
118. //这里理解有个误区，上面链接后就进入while死循环了那不是不能发送数据了？
119. //其实不是，链接是用一个新的线程启动了，所以有两个线程在执行，while始终有一个线程维护着
120. //只是while里也可以做别的事，不用一直阻塞
121. }
122. 服务器与客户端基本类似：
123. UINT CServerDlg::ThreadPro(LPVOID aparam)
124. {
125. ASSERT(aparam);
126. CServerDlg* pDlg=(CServerDlg*)aparam;
127. if (!pDlg->InitSock())
128. {
129. AfxMessageBox(_T("初始化套接字库失败"));
130. return 0;
131. }
132. SOCKADDR_IN serAdd;
133. serAdd.sin_family=AF_INET;
134. serAdd.sin_port=htons(5000);
135. serAdd.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY; //INADDR_ANY表示可以接受任何连接
136. pDlg->m_sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP);
137. if (bind(pDlg->m_sock,(SOCKADDR*)&serAdd,sizeof(SOCKADDR_IN))==SOCKET_ERROR)
138. {
139. AfxMessageBox(_T("绑定套接字失败"));
140. return 0;
141. }
142. if (listen(pDlg->m_sock,SOMAXCONN)==SOCKET_ERROR)
143. {
144. AfxMessageBox(_T("监听套接字失败"));
145. return 0;
146. }
147. SOCKADDR_IN cliAdd;
148. int len=sizeof(SOCKADDR_IN);
149. if ((pDlg->m_cliSock=accept(pDlg->m_sock,(SOCKADDR*)&cliAdd,&len))==INVALID_SOCKET) //记住，服务器有两个SOCKET，一个listen，一个与客户端通信
150. //注意优先级别，找了好久的错误 ==号的优先级别要大于=
151. {
152. AfxMessageBox(_T("接受连接失败"));
153. return 0;
154. }
155. while (1)
156. {
157. if (pDlg->SelectFun(pDlg->m_cliSock,TRUE))
158. {
159. char bufData[1024]={0};
160. int ret;
161. ret=recv(pDlg->m_cliSock,(char*)bufData,1024,0);
162. if (ret==0)
163. {
164. AfxMessageBox(_T("客户端已经断开"));
165. break;
166. }
167. else
168. {
169. //这里为什么不能用以下的方法，一直困扰了很久
170. //很简单，对话框属于一个类，不能随便新建一个类的对象就取操作对话框的界面！
171. //pDlg->m_strRec=bufData;
172. //pDlg->UpdateData(FALSE);
173. pDlg->ShowMsg(bufData);
174. }
175. }
176. else
177. Sleep(1000);
178. }
179. }</span>