select函數詳解及實例分析

原文鏈接：http://blog.csdn.net/leo115/article/details/8097143

Select函數在Socket編程中還是比較重要的，可是對於初學Socket的人來說都不太愛用Select寫程序，他們只是習慣寫諸如connect、 accept、recv或recvfrom這樣的阻塞程序（所謂阻塞方式block，顧名思義，就是進程或是線程執行到這些函數時必須等待某個事件的發生，如果事件沒有發生，進程或線程就被阻塞，函數不能立即返回）。可是使用Select就可以完成非阻塞（所謂非阻塞方式non-block，就是進程或線程執行此函數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數的執行情況，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代碼來告知事件未發生，而進程或線程繼續執行，所以效率較高）方式工作的程序，它能夠監視我們需要監視的文件描述符的變化情況——讀寫或是異常。下面詳細介紹一下！

先說明兩個結構體：

1、select機制中提供了一個數據結構 struct fd_set ，可以理解爲一個集合，實際上是一個位圖，每一個特定爲來標誌相應大小文件描述符，這個集合中存放的是文件描述符(file descriptor)，即文件句柄(也就是位圖上的每一位都能與一個打開的文件句柄(文件描述符)建立聯繫，這個工作由程序員來完成)，這可以是我們所說的普通意義的文件，當然Unix下任何設備、管道、FIFO等都是文件形式，全部包括在內，所以毫無疑問一個socket就是一個文件，socket句柄就是一個文件描述符。fd_set集合可以通過一些宏由人爲來操作，程序員通過操作4類宏，來完成最fd_set的操作：

(1)、FD_ZERO(fd_set *)  清空一個文件描述符集合；

(2)、FD_SET(int ,fd_set *)將一個文件描述符添加到一個指定的文件描述符集合中；

(3)、FD_CLR(int ,fd_set*)       將一個給定的文件描述符從集合中刪除；

(4)、FD_ISSET(int ,fd_set* )檢查集合中指定的文件描述符是否可以讀寫。

深入的理解select模型的關鍵點在於理解fd_set，爲了說明方便，我們取fd_set長度爲1個字節，fd_set中的每一個bit可以對應一個文件描述符fd。則1字節長的fd_set最大可以對應8個fd。

（1）執行fd_set set；FD_ZERO(&set)；則set用位表示爲 0000,0000 。

（2）若fd = 5 ，則執行 FD_SET(fd,&set)後，set變爲 0001，0000 （第5位置爲1）

（3）若再加入fd=2 ，fd=1，則set變爲 0001.0011

（4）執行select(6,&set,0,0,0)阻塞等待

（5）若fd=1,fd=2上都發生可讀事件，則select返回，此時set變爲0000，0011。沒有可讀事件發生時 fd = 5 被清空。

2、struct timeval，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。

struct timeval
{
    long tv_sec;    //second
    long tv_usec;   //microsecond
};

這個結構體的精度可以精確至百萬分之1秒。

接下來介紹select函數，函數格式爲：

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

具體解釋select的參數：

（1）int maxfdp是一個整數值，是指集合中所有文件描述符的範圍，即所有文件描述符的最大值加1，不能錯。

說明：對於這個原理的解釋可以看上邊fd_set的詳細解釋，fd_set是以位圖的形式來存儲這些文件描述符。maxfdp也就是定義了位圖中有效的位的個數。

（2）fd_set *readfds是指向fd_set結構的指針，這個集合中應該包括文件描述符，我們是要監視這些文件描述符的讀變化的，即我們關心是否可以從這些文件中讀取數據了，如果這個集合中有一個文件可讀，select就會返回一個大於0的值，表示有文件可讀；如果沒有可讀的文件，則根據timeout參數再判斷是否超時，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，表示不關心任何文件的讀變化。

（3）fd_set *writefds是指向fd_set結構的指針，這個集合中應該包括文件描述符，我們是要監視這些文件描述符的寫變化的，即我們關心是否可以向這些文件中寫入數據了，如果這個集合中有一個文件可寫，select就會返回一個大於0的值，表示有文件可寫，如果沒有可寫的文件，則根據timeout參數再判斷是否超時，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，表示不關心任何文件的寫變化。

（4）fd_set *errorfds同上面兩個參數的意圖，用來監視文件錯誤異常文件。

（5）struct timeval* timeout是select的超時時間，這個參數至關重要，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，一定等到監視文件描述符集合中某個文件描述符發生變化爲止；第二，若將時間值設爲0秒0毫秒，就變成一個純粹的非阻塞函數，不管文件描述符是否有變化，都立刻返回繼續執行，文件無變化返回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。

說明：

函數返回：

（1）當監視的相應的文件描述符集中滿足條件時，比如說讀文件描述符集中有數據到來時，內核(I/O)根據狀態修改文件描述符集，並返回一個大於0 的數。

（2）當沒有滿足條件的文件描述符，且設置的timeval 監控時間超時時，select函數會返回一個爲0的值。

（3）當select返回負值時，發生錯誤。

select函數的一些參考解析：http://www.groad.net/bbs/read.php?tid-1064.html

select函數與pselect函數的區別參考：http://hi.baidu.com/_jiangming/item/56d5c43fe2cadb4981f1a789

pselect函數是一個 防止信號干擾的增強型 select函數

select()函數實例分析：

（1）在有了select後，可以寫出像樣的網絡程序來！舉個簡單的例子，就是從網絡上接受數據寫入一個文件中。

int 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字節的接收緩衝區
    /* 假定已經建立UDP連接，具體過程不寫，簡單，當然TCP也同理，主機ip和port都已經給定，要寫的文件已經打開
    sock=socket(...);
    bind(...);
    fp=fopen(...); */
    while(1)
    {
        FD_ZERO(&fds); //每次循環都要清空集合，否則不能檢測描述符變化
        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錯誤，退出程序
            case 0:break; //再次輪詢
            default:
            if(FD_ISSET(sock,&fds)) //測試sock是否可讀，即是否網絡上有數據
            {
                recvfrom(sock,buffer,256,.....);//接受網絡數據
                if(FD_ISSET(fp,&fds)) //測試文件是否可寫
                fwrite(fp,buffer...);//寫入文件
                //buffer清空;
            }// end if break;
        }// end switch
    }//end while
}//end main

（2） Linux下監控鍵盤上是否有數據到來？

#include <sys/time.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <assert.h>
int main ()
{
    int keyboard;
    int ret,i;
    char c;
    fd_set readfd;
    struct timeval timeout;
    keyboard = open("/dev/tty",O_RDONLY | O_NONBLOCK);
    assert(keyboard>0);
    while(1)
    {
        timeout.tv_sec=1;
        timeout.tv_usec=0;
        FD_ZERO(&readfd);
        FD_SET(keyboard,&readfd);

        ///監控函數
        ret=select(keyboard+1,&readfd,NULL,NULL,&timeout);
        if(ret == -1)   //錯誤情況
            cout<<"error"<<endl ;
        else if(ret)    //返回值大於0 有數據到來
            if(FD_ISSET(keyboard,&readfd))
            {
                i=read(keyboard,&c,1);
                if('\n'==c)
                    continue;
                printf("hehethe input is %c\n",c);
                if ('q'==c)
                    break;
            }
        else    //超時情況
        {
            cout<<"time out"<<endl;
            continue;
        }
    }
}