[转]linux非阻塞式socket编程之select()用法

[转]linux非阻塞式socket编程之select()用法
2011年09月27日
　　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 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([e-mail]) 周立发(http://zhoulifa.bokee.com)
　　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 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 */
　　};
　　第2、3、4三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fd与fdset的联系。
　　FD_CLR(int fd, fd_set *fdset)：清除文件描述符fd与fdset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);       /* 用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：
　　switch（ret）{
　　case -1：perror("select");/* 这说明select函数出错 */
　　case 0：printf("超时\n"); /* 说明在设定的时间内，socket的状态没有发生变化 */
　　default：
　　if（FD_ISSET(fd1, &rfds)） 处理函数1（）；/*socket有数据来*/
　　if（FD_ISSET(fd2, &rfds)） 处理函数2（）；/*ttyS0有数据来*/
　　}
　　以下来自网络搜索：
　　Linux下select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_op的poll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.