Linux中select()函式分析

wuruixn發表於2020-04-07
Linux函式

Select在Socket程式設計中還是比較重要的，可是對於初學Socket的人來說都不太愛用Select寫程式，他們只是習慣寫諸如connect、accept、recv或recvfrom這樣的阻塞程式（所謂阻塞方式block，顧名思義，就是程式或是執行緒執行到這些函式時必須等待某個事件的發生，如果事件沒有發生，程式或執行緒就被阻塞，函式不能立即返回）。可是使用Select就可以完成非阻塞（所謂非阻塞方式non-block，就是程式或執行緒執行此函式時不必非要等待事件的發生，一旦執行肯定返回，以返回值的不同來反映函式的執行情況，如果事件發生則與阻塞方式相同，若事件沒有發生則返回一個程式碼來告知事件未發生，而程式或執行緒繼續執行，所以效率較高）方式工作的程式，它能夠監視我們需要監視的檔案描述符的變化情況——讀寫或是異常。下面詳細介紹一下！ 

Select的函式格式(我所說的是Unix系統下的伯克利socket程式設計，和windows下的有區別，一會兒說明)： 

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

先說明兩個結構體： 

第一，struct fd_set可以理解為一個集合，這個集合中存放的是檔案描述符(file descriptor)，即檔案控制程式碼，這可以是我們所說的普通意義的檔案，當然Unix下任何裝置、管道、FIFO等都是檔案形式，全部包括在內，所以毫無疑問一個socket就是一個檔案，socket控制程式碼就是一個檔案描述符。fd_set集合可以通過一些巨集由人為來操作，比如清空集合FD_ZERO(fd_set *)，將一個給定的檔案描述符加入集合之中FD_SET(int ,fd_set *)，將一個給定的檔案描述符從集合中刪除FD_CLR(int ,fd_set*)，檢查集合中指定的檔案描述符是否可以讀寫FD_ISSET(int ,fd_set* )。一會兒舉例說明。 

第二，struct timeval是一個大家常用的結構，用來代表時間值，有兩個成員，一個是秒數，另一個是毫秒數。 

具體解釋select的引數： 

int maxfdp是一個整數值，是指集合中所有檔案描述符的範圍，即所有檔案描述符的最大值加1，不能錯！在Windows中這個引數的值無所謂，可以設定不正確。 

fd_set *readfds是指向fd_set結構的指標，這個集合中應該包括檔案描述符，我們是要監視這些檔案描述符的讀變化的，即我們關心是否可以從這些檔案中讀取資料了，如果這個集合中有一個檔案可讀，select就會返回一個大於0的值，表示有檔案可讀，如果沒有可讀的檔案，則根據timeout引數再判斷是否超時，若超出timeout的時間，select返回0，若發生錯誤返回負值。可以傳入NULL值，表示不關心任何檔案的讀變化。 

fd_set *writefds是指向fd_set結構的指標，這個集合中應該包括檔案描述符，我們是要監視這些檔案描述符的寫變化的，即我們關心是否可以向這些檔案中寫入資料了，如果這個集合中有一個檔案可寫，select就會返回一個大於0的值，表示有檔案可寫，如果沒有可寫的檔案，則根據timeout引數再判斷是否超時，若超出timeout的時間，select返回0，若發生錯誤返回負值。可以傳入NULL值，表示不關心任何檔案的寫變化。 

fd_set *errorfds同上面兩個引數的意圖，用來監視檔案錯誤異常。 

struct timeval* timeout是select的超時時間，這個引數至關重要，它可以使select處於三種狀態，第一，若將NULL以形參傳入，即不傳入時間結構，就是將select置於阻塞狀態，一定等到監視檔案描述符集合中某個檔案描述符發生變化為止；第二，若將時間值設為0秒0毫秒，就變成一個純粹的非阻塞函式，不管檔案描述符是否有變化，都立刻返回繼續執行，檔案無變化返回0，有變化返回一個正值；第三，timeout的值大於0，這就是等待的超時時間，即select在timeout時間內阻塞，超時時間之內有事件到來就返回了，否則在超時後不管怎樣一定返回，返回值同上述。 

返回值： 

負值：select錯誤 正值：某些檔案可讀寫或出錯 0：等待超時，沒有可讀寫或錯誤的檔案 

在有了select後可以寫出像樣的網路程式來！舉個簡單的例子，就是從網路上接受資料寫入一個檔案中。 

例子： 

main() 

{ 

int sock; 

FILE *fp; 

struct fd_set fds; 

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

char buffer[256]={0}; //256位元組的接收緩衝區 

/* 假定已經建立UDP連線，具體過程不寫，簡單，當然TCP也同理，主機ip和port都已經給定，要寫的檔案已經開啟

sock=socket(...); 

bind(...); 

fp=fopen(...); */ 

while(1) 

{ 

FD_ZERO(&fds); //每次迴圈都要清空集合，否則不能檢測描述符變化 

FD_SET(sock,&fds); //新增描述符 

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錯誤，退出程式 

case 0:break; //再次輪詢 

default: 

if(FD_ISSET(sock,&fds)) //測試sock是否可讀，即是否網路上有資料 

{ 

recvfrom(sock,buffer,256,.....);//接受網路資料 

if(FD_ISSET(fp,&fds)) //測試檔案是否可寫 

fwrite(fp,buffer...);//寫入檔案 

buffer清空; 

}// end if break; 

}// end switch 

}//end while 

}//end main
參考資料：http://cuijinbird.blogchina.com/cuijinbird/1921117.html 

Part 2:

select()的機制中提供一fd_set的資料結構，實際上是一long型別的陣列， 
每一個陣列元素都能與一開啟的檔案控制程式碼（不管是Socket控制程式碼,還是其他 
檔案或命名管道或裝置控制程式碼）建立聯絡，建立聯絡的工作由程式設計師完成， 
當呼叫select()時，由核心根據IO狀態修改fd_set的內容，由此來通知執 
行了select()的程式哪一Socket或檔案可讀，下面具體解釋： 

#include <sys/types.h> 
#include <sys/times.h> 
#include <sys/select.h> 

int select(nfds, readfds, writefds, exceptfds, timeout) 
int nfds; 
fd_set *readfds, *writefds, *exceptfds; 
struct timeval *timeout; 

ndfs：select監視的檔案控制程式碼數，視程式中開啟的檔案數而定,一般設為呢要監視各檔案 
中的最大檔案號加一。 
readfds：select監視的可讀檔案控制程式碼集合。 
writefds: select監視的可寫檔案控制程式碼集合。 
exceptfds：select監視的異常檔案控制程式碼集合。 
timeout：本次select()的超時結束時間。（見/usr/sys/select.h， 
可精確至百萬分之一秒！） 

當readfds或writefds中映象的檔案可讀或可寫或超時，本次select() 
就結束返回。程式設計師利用一組系統提供的巨集在select()結束時便可判 
斷哪一檔案可讀或可寫。對Socket程式設計特別有用的就是readfds。 
幾隻相關的巨集解釋如下： 

FD_ZERO(fd_set *fdset)：清空fdset與所有檔案控制程式碼的聯絡。 
FD_SET(int fd, fd_set *fdset)：建立檔案控制程式碼fd與fdset的聯絡。 
FD_CLR(int fd, fd_set *fdset)：清除檔案控制程式碼fd與fdset的聯絡。 
FD_ISSET(int fd, fdset *fdset)：檢查fdset聯絡的檔案控制程式碼fd是否 
可讀寫，>0表示可讀寫。 
（關於fd_set及相關巨集的定義見/usr/include/sys/types.h） 

這樣，你的socket只需在有東東讀的時候才讀入，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() */ 
} 
} 
} 

所以一個FD_ISSET(sockfd)就相當通知了sockfd可讀。 
至於struct timeval在此的功能，請man select。不同的timeval設定 
使使select()表現出超時結束、無超時阻塞和輪詢三種特性。由於 
timeval可精確至百萬分之一秒，所以Windows的SetTimer()根本不算 
什麼。你可以用select()做一個超級時鐘。 

FD_ACCEPT的實現？依然如上，因為客戶方socket請求連線時，會傳送 
連線請求報文，此時select()當然會結束，FD_ISSET(sockfd)當然大 
於零，因為有報文可讀嘛！至於這方面的應用，主要在於服務方的父 
Socket，你若不喜歡主動accept()，可改為如上機制來accept()。 

至於FD_CLOSE的實現及處理，頗費了一堆cpu處理時間，未完待續。 

-- 
討論關於利用select()檢測對方Socket關閉的問題： 

仍然是本地Socket有東東可讀，因為對方Socket關閉時，會發一個關閉連線 
通知報文，會馬上被select()檢測到的。關於TCP的連線（三次握手）和關 
閉（二次握手）機制，敬請參考有關TCP/IP的書籍。 

不知是什麼原因，UNIX好象沒有提供通知程式關於Socket或Pipe對方關閉的 
訊號，也可能是cpu所知有限。總之，當對方關閉，一執行recv()或read()， 
馬上回返回-1，此時全域性變數errno的值是115，相應的sys_errlist[errno] 
為"Connect refused"（請參考/usr/include/sys/errno.h）。所以，在上 
篇的for(;;)...select()程式塊中，當有東西可讀時，一定要檢查recv()或 
read()的返回值，返回-1時要作出關斷本地Socket的處理，否則select()會 
一直認為有東西讀，其結果曾幾令cpu傷心欲斷針腳。不信你可以試試：不檢 
查recv()返回結果，且將收到的東東（實際沒收到）寫至標準輸出... 
在有名管道的程式設計中也有類似問題出現。具體處理詳見拙作：釋出一個有用 
的Socket客戶方原碼。 

至於主動寫Socket時對方突然關閉的處理則可以簡單地捕捉訊號SIGPIPE並作 
出相應關斷本地Socket等等的處理。SIGPIPE的解釋是：寫入無讀者方的管道。 
在此不作贅述，請詳man signal。 

以上是cpu在作tcp/ip資料傳輸實驗積累的經驗，若有錯漏，請狂炮擊之。 

唉，昨天在hacker區被一幫孫子轟得差點兒沒短路。ren cpu(奔騰的心) z80 

補充關於select在非同步(非阻塞)connect中的應用,剛開始搞socket程式設計的時候 
我一直都用阻塞式的connect,非阻塞connect的問題是由於當時搞proxy scan 
而提出的呵呵 
通過在網上與網友們的交流及查詢相關FAQ,總算知道了怎麼解決這一問題.同樣 
用select可以很好地解決這一問題.大致過程是這樣的: 

1.將開啟的socket設為非阻塞的,可以用fcntl(socket, F_SETFL, O_NDELAY)完 
成(有的系統用FNEDLAY也可). 

2.發connect呼叫,這時返回-1,但是errno被設為EINPROGRESS,意即connect仍舊 
在進行還沒有完成. 

3.將開啟的socket設進被監視的可寫(注意不是可讀)檔案集合用select進行監視, 
如果可寫,用 
getsockopt(socket, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &error, sizeof(int)); 
來得到error的值,如果為零,則connect成功. 

在許多unix版本的proxyscan程式你都可以看到類似的過程,另外在solaris精華 
區->程式設計技巧中有一個通用的帶超時引數的connect模組.

 

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