Select模型原理

Select模型原理

利用select函数，推断套接字上是否存在数据，或者是否能向一个套接字写入数据。目的是防止应用程序在套接字处于锁定模式时，调用recv（或send）从没有数据的套接字上接收数据，被迫进入堵塞状态。

select參数和返回值意义例如以下：

int select (

 IN int nfds,                           //0,无意义

 IN OUT fd_set* readfds,      //检查可读性

 IN OUT fd_set* writefds,     //检查可写性

 IN OUT fd_set* exceptfds,  //例外数据

 IN const struct timeval* timeout);    //函数的返回时间

struct  timeval {

        long    tv_sec;        //秒

        long    tv_usec;     //毫秒

};

select返回fd_set中可用的套接字个数。

fd_set是一个SOCKET队列，下面宏能够对该队列进行操作：

FD_CLR( s, *set) 从队列set删除句柄s;

FD_ISSET( s, *set) 检查句柄s是否存在与队列set中;

FD_SET( s, *set )把句柄s加入到队列set中;

FD_ZERO( *set ) 把set队列初始化成空队列.

Select工作流程

1：用FD_ZERO宏来初始化我们感兴趣的fd_set。

也就是select函数的第二三四个參数。

2：用FD_SET宏来将套接字句柄分配给对应的fd_set。

假设想要检查一个套接字是否有数据须要接收，能够用FD_SET宏把套接接字句柄加入可读性检查队列中

3：调用select函数。

假设该套接字没有数据须要接收，select函数会把该套接字从可读性检查队列中删除掉，

4：用FD_ISSET对套接字句柄进行检查。

假设我们所关注的那个套接字句柄仍然在開始分配的那个fd_set里，那么说明立即能够进行对应的IO操 作。比方一个分配给select第一个參数的套接字句柄在select返回后仍然在select第一个參数的fd_set里，那么说明当前数据已经来了， 立即能够读取成功而不会被堵塞。

#include <winsock2.h>   
#include <stdio.h>   

#define PORT  5150   

#define MSGSIZE  1024   

#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")   

int g_iTotalConn1 = 0;  
int g_iTotalConn2 = 0;   

SOCKET g_CliSocketArr1[FD_SETSIZE];  
SOCKET g_CliSocketArr2[FD_SETSIZE];  

DWORD WINAPI WorkerThread1(LPVOID lpParam);   
int CALLBACK ConditionFunc1(LPWSABUF lpCallerId,LPWSABUF lpCallerData, LPQOS lpSQOS,LPQOS lpGQOS,LPWSABUF lpCalleeId, LPWSABUF lpCalleeData,GROUP FAR * g,DWORD dwCallbackData);

DWORD WINAPI WorkerThread2(LPVOID lpParam);   
int CALLBACK ConditionFunc2(LPWSABUF lpCallerId,LPWSABUF lpCallerData, LPQOS lpSQOS,LPQOS lpGQOS,LPWSABUF lpCalleeId, LPWSABUF lpCalleeData,GROUP FAR * g,DWORD dwCallbackData);


int main(int argc, char* argv[])   
{   
 WSADATA wsaData;   
 SOCKET sListen, sClient;   
 SOCKADDR_IN local, client;   
 int iAddrSize = sizeof(SOCKADDR_IN);   
 DWORD dwThreadId;   
 // Initialize windows socket library   
 WSAStartup(0x0202, &wsaData);   
 // Create listening socket   
 sListen = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);   
 // Bind   

 local.sin_family = AF_INET;   
 local.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);   
 local.sin_port = htons(PORT);   
 bind(sListen, (sockaddr*)&local, sizeof(SOCKADDR_IN));   

 // Listen   

 listen(sListen, 3);   

 // Create worker thread   

 CreateThread(NULL, 0, WorkerThread1, NULL, 0, &dwThreadId);  
// CreateThread(NULL, 0, WorkerThread2, NULL, 0, &dwThreadId);  

 while (TRUE)    
 {     
  sClient = WSAAccept(sListen, (sockaddr*)&client, &iAddrSize, ConditionFunc1, 0);
  printf("1:Accepted client:%s:%d:%d\n", inet_ntoa(client.sin_addr), ntohs(client.sin_port), g_iTotalConn1);   
  g_CliSocketArr1[g_iTotalConn1++] = sClient;  
/*         
  sClient = WSAAccept(sListen, (sockaddr*)&client, &iAddrSize, ConditionFunc2, 0);
  printf("2:Accepted client:%s:%d:%d\n", inet_ntoa(client.sin_addr), ntohs(client.sin_port), g_iTotalConn2);   
  g_CliSocketArr2[g_iTotalConn2++] = sClient;   */

 }   
 return 0;   
}   

DWORD WINAPI WorkerThread1(LPVOID lpParam)   
{   
 int i;   
 fd_set fdread;   
 int ret;   
 struct timeval tv = {1, 0};   
 char szMessage[MSGSIZE];   
 while (TRUE)    
 {   
  FD_ZERO(&fdread);   //1清空队列
  for (i = 0; i < g_iTotalConn1; i++)    
  {   
   FD_SET(g_CliSocketArr1[i], &fdread);   //2将要检查的套接口增加队列
  }   

  // We only care read event   
  ret = select(0, &fdread, NULL, NULL, &tv);   //3查询满足要求的套接字，不满足要求，出队
  if (ret == 0)    
  {   
   // Time expired   
   continue;   
  }   

  for (i = 0; i < g_iTotalConn1; i++)    
  {   
   if (FD_ISSET(g_CliSocketArr1[i], &fdread))    //4.是否依旧在队列
   {   
    // A read event happened on g_CliSocketArr   

    ret = recv(g_CliSocketArr1[i], szMessage, MSGSIZE, 0);   
    if (ret == 0 || (ret == SOCKET_ERROR && WSAGetLastError() == WSAECONNRESET))    
    {   
    // Client socket closed   
     printf("1:Client socket %d closed.\n", g_CliSocketArr1[i]);   
     closesocket(g_CliSocketArr1[i]);   
     if (i < g_iTotalConn1-1)    
     {   
      g_CliSocketArr1[i--] = g_CliSocketArr1[--g_iTotalConn1];   
     }   
    }    
    else    
    {   
     // We reveived a message from client   
     szMessage[ret] = ‘\0‘;   
     send(g_CliSocketArr1[i], szMessage, strlen(szMessage), 0);   
    }   
   }   
  }  
 }   
} 

int CALLBACK ConditionFunc1(LPWSABUF lpCallerId,LPWSABUF lpCallerData, LPQOS lpSQOS,LPQOS lpGQOS,LPWSABUF lpCalleeId, LPWSABUF lpCalleeData,GROUP FAR * g,DWORD dwCallbackData)
{
 if (g_iTotalConn1 < FD_SETSIZE)
  return CF_ACCEPT;
 else
  return CF_REJECT;
}

DWORD WINAPI WorkerThread2(LPVOID lpParam)   
{   
 int i;   
 fd_set fdread;   
 int ret;   
 struct timeval tv = {1, 0};   
 char szMessage[MSGSIZE];   
 while (TRUE)    
 {   
  FD_ZERO(&fdread);   //1清空队列
  for (i = 0; i < g_iTotalConn2; i++)    
  {   
   FD_SET(g_CliSocketArr2[i], &fdread);   //2将要检查的套接口增加队列
  }   

  // We only care read event   
  ret = select(0, &fdread, NULL, NULL, &tv);   //3查询满足要求的套接字，不满足要求，出队
  if (ret == 0)    
  {   
   // Time expired   
   continue;   
  }   

  for (i = 0; i < g_iTotalConn2; i++)    
  {   
   if (FD_ISSET(g_CliSocketArr2[i], &fdread))    //4.是否依旧在队列
   {   
    // A read event happened on g_CliSocketArr   

    ret = recv(g_CliSocketArr2[i], szMessage, MSGSIZE, 0);   
    if (ret == 0 || (ret == SOCKET_ERROR && WSAGetLastError() == WSAECONNRESET))    
    {   
     // Client socket closed   
     printf("2:Client socket %d closed.\n", g_CliSocketArr1[i]);   
     closesocket(g_CliSocketArr2[i]);   
     if (i < g_iTotalConn2-1)    
     {   
      g_CliSocketArr2[i--] = g_CliSocketArr2[--g_iTotalConn2];   
     }   
    }    
    else    
    {   
     // We reveived a message from client   
     szMessage[ret] = ‘\0‘;   
     send(g_CliSocketArr2[i], szMessage, strlen(szMessage), 0);   
    }   
   }   
  }  
 }   
} 

int CALLBACK ConditionFunc2(LPWSABUF lpCallerId,LPWSABUF lpCallerData, LPQOS lpSQOS,LPQOS lpGQOS,LPWSABUF lpCalleeId, LPWSABUF lpCalleeData,GROUP FAR * g,DWORD dwCallbackData)
{
 if (g_iTotalConn2 < FD_SETSIZE)
  return CF_ACCEPT;
 else
  return CF_REJECT;
}

server的几个主要动作例如以下：

1.创建监听套接字，绑定，监听；

2.创建工作者线程；

3.创建一个套接字数组，用来存放当前全部活动的client套接字，每accept一个连接就更新一次数组；

4.接受client的连接。

这里有一点须要注意的，就是我没有又一次定义FD_SETSIZE宏，所以server最多支持的并发连接数为64。并且，这里决不能无条件的accept,server应该依据当前的连接数来决定是否接受来自某个client的连接。 

工作者线程里面是一个死循环，一次循环完毕的动作是：

1.将当前全部的client套接字增加到读集fdread中；

2.调用select函数；

3.查看某个套接字是否仍然处于读集中，假设是，则接收数据。假设接收的数据长度为0，或者发生WSAECONNRESET错误，则表示client套接字主动关闭，这时须要将server中相应的套接字所绑定的资源释放掉，然后调整我们的套接字数组（将数组中最后一个套接字挪到当前的位置上）

除了须要有条件接受client的连接外，还须要在连接数为0的情形下做特殊处理，由于假设读集中没有不论什么套接字，select函数会立马返回，这将导致工作者线程成为一个毫无停顿的死循环，CPU的占用率立即达到100%。

关系到套接字列表的操作都须要使用循环,在轮询的时候,须要遍历一次,再新的一轮開始时,将列表增加队列又须要遍历一次.也就是说,Select在工作一次时,须要至少遍历2次列表,这是它效率较低的原因之中的一个.在大规模的网络连接方面,还是推荐使用IOCP或EPOLL模型.可是Select模型能够使用在诸如对战类游戏上,比方相似星际这样的,由于它小巧易于实现,并且对战类游戏的网络连接量并不大.

对于Select模型想要突破Windows 64个限制的话,能够採取分段轮询,一次轮询64个.比如套接字列表为128个,在第一次轮询时,将前64个放入队列中用Select进行状态查询,待本次操作全部结束后.将后64个再增加轮询队列中进行轮询处理.这样处理须要在非堵塞式下工作.以此类推,Select也能支持无限多个.

注意：

1.那个最大的连接数是指每个线程能够处理的连接数，当你有多个线程时，连接数是能够无限增长的，只是此时的效率就比較低。

2.关于发送操作writefds的问题，当套接字成功连接或者一个套接字刚刚成功接收信息时都会调用。

3.我们一般会创建一个套接字来进行监听，之后用accept返回的套接字进行通信。这里要注意一点，用于监听的套接字在没有新连接时也会进行writefds的操作。