libevent-select模型分析

下面内容为windows下select模型分析，原博客链接

http://blog.csdn.net/fish_55_66/article/details/50352080

https://www.cnblogs.com/Mr-Zhong/p/4160988.html

Select模型的原理和使用步骤

　　select(选择）模型是Winsock中最常见的I/O模型。之所以称其为“ select模型”，是由于它的“中心思想”

便是利用select函数，实现对 I/O的管理！利用select函数，我们判断套接字上是否存在数据，或者能否向一

个套接字写入数据。之所以要设计这个函数，唯一的目的便是防止应用程序在套接字处于锁定模式中时，在

一次I/O绑定调用（如send或recv）过程中，被迫进入“锁定”状态；同时防止在套接字处于非锁定模式中时，

产生WSAEWOULDBLOCK错误。除非满足事先用参数规定的条件，否则select函数会在进行I/O操作时锁定。

select的函数原型如下:

int select (
  int nfds,
  fd_set FAR * readfds,
  fd_set FAR * writefds,
  fd_set FAR * exceptfds,
  const struct timeval FAR * 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，只是为了保持与早期的Berkeley套接字应用程

序的兼容。大家可注意到三个 fd_set参数：一个用于检查可读性（readfds），一个用于检查可写性（writefds），

另一个用于例外数据（ excepfds）。从根本上说，fdset数据类型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：
　　《windows网络编程技术》第八章内容：
　　只有在三种条件下，才会发出F D _ W R I T E通知：
　　■ 使用c o n n e c t或W S A C o n n e c t，一个套接字首次建立了连接。
　　■ 使用a c c e p t或W S A A c c e p t，套接字被接受以后。
　　■ 若s e n d、W S A S e n d、s e n d t o或W S A S e n d To操作失败，返回了W S A E W O U L D B L O C K错
　　误，而且缓冲区的空间变得可用
　　因此，作为一个应用程序，自收到首条F D _ W R I T E消息开始，便应认为自己必然能在一个套接字上发出数据，直至一个s e n d、W S A S e n d、s e n d t o或　　　　　　W S A S e n d To返回套接字错误
W S A E W O U L D B L O C K。经过了这样的失败以后，要再用另一条F D _ W R I T E通知应用程序再次发送数据。
最后，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。

　　例如，假定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，再等待select函数

完成。select完成之后，必须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，便表明该套

接字“可读”，可立即着手从它上面读取数据。在三个参数中（readfds、writedfss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：

struct timeval {
long tv_sec;
long tv_usec;

} ;

　　若将超时值设置为（0,0），表明select会立即返回，允许应用程序对 select操作进行“轮询”。出于对性能方面

的考虑，应避免这样的设置。select成功完成后，会在 fd_set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。不管由于什么原因，假如select调用失败，都会返回SOCKET_ERROR。

用select对套接字进行监视之前，在自己的应用程序中，必须将套接字句柄分配给一个集合，设置好一个或全部

读、写以及例外 fd_set结构。将一个套接字分配给任何一个集合后，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 fd_set进行处理与检查：

　　■ FD_CLR(s, *set)：从s e t中删除套接字 s。
　　■ FD_ISSET(s, *set)：注意这里并不是检测s有没有调用FD_SET加入set集合，而是检测set集合中哪一个句柄也就是fd是就绪的，因为set中可能有很多fd
　　■ FD_SET(s, *set)：将套接字 s加入集合 s e t。
　　■ F D _ Z E R O ( * s e t )：将s e t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

FD_SET宏，将自己的套接字分配给fd_set集合，再来调用select。要想检测自己的套接字是否仍属 fd_read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FD_ZERO宏，初始化自己感兴趣的每一个fd_set。
2) 使用FD_SET宏，将套接字句柄分配给自己感兴趣的每个fd_set。
3) 调用select函数，然后等待在指定的fd_set集合中，I/O活动设置好一个或多个套接字句柄。
select完成后，会返回在所有fd_set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，我们的应用程序便可判断出哪些套接字是就绪的，并对其进行下一步操作
的I/O操作—具体的方法是使用FD_ISSET宏，对每个fd_set集合进行检查。

下面一个例子

服务端

#include <WS2tcpip.h>
#include <WinSock2.H>
#include <iostream>  

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

int main()
{
    /// 初始化socket
    WSADATA wsaData;
    WORD version = MAKEWORD(,);
    int result = ;
    result = WSAStartup(version, &wsaData);
    if (result != )
    {
        std::cout << "WSAStartup() error." << std::endl;
        return -;
    }  

    /// 创建socket
    SOCKET socketListen;
    socketListen = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, );
    if (socketListen == INVALID_SOCKET)
    {
        WSACleanup();
        std::cout << "socket() error." << std::endl;
        return -;
    }  

    /// 服务器地址结构
    sockaddr_in svrAddress;
    svrAddress.sin_family = AF_INET;
    svrAddress.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    svrAddress.sin_port = htons();  

    /// 绑定服务器套接字
    result = bind(socketListen, (sockaddr*)&svrAddress, sizeof(svrAddress));
    if (result == SOCKET_ERROR)
    {
        closesocket(socketListen);
        WSACleanup();
        std::cout << "bind() error." << std::endl;
        return -;
    }  

    /// 开启监听
    result = listen(socketListen, );
    if (result == SOCKET_ERROR)
    {
        closesocket(socketListen);
        WSACleanup();
        std::cout << "listen() error." << std::endl;
        return -;
    }
    std::cout << "服务器启动成功，监听端口：" << ntohs(svrAddress.sin_port) << std::endl;  

    /// select模型
    fd_set allSockSet;
    FD_ZERO(&allSockSet);   

    FD_SET(socketListen, &allSockSet); // 将socketListen加入套接字集合中   

    while (true)
    {
        fd_set readSet;
        FD_ZERO(&readSet);
        readSet = allSockSet;   

        result = select(, &readSet, NULL, NULL, NULL);
        if (result == SOCKET_ERROR)
        {
            std::cout << "listen() error." << std::endl;
            break;
        }  

        if (FD_ISSET(socketListen, &readSet))
        {
            sockaddr_in clientAddr;
            int len = sizeof(clientAddr);  

            SOCKET clientSocket = accept(socketListen, (sockaddr*)&clientAddr, &len);
            if (clientSocket == INVALID_SOCKET)
            {
                std::cout << "accept() error." << std::endl;
                break;
            }
            FD_SET(clientSocket, &allSockSet);   /// 将新创建的套接字加入到集合中   

            char ipAddress[] = {  };
            inet_ntop(AF_INET, &clientAddr, ipAddress, );
            std::cout << "有新的连接[" << ipAddress << ":" << ntohs(clientAddr.sin_port)
                << "], 目前客户端的数量为：" << allSockSet.fd_count -  << std::endl;  

            continue;
        }  

        for (u_int i = ; i < allSockSet.fd_count; ++i)
        {
            SOCKET socket = allSockSet.fd_array[i];  

            sockaddr_in clientAddr;
            int len = sizeof(clientAddr);
            getpeername(socket, (struct sockaddr *)&clientAddr, &len);
            char ipAddress[] = {  };
            inet_ntop(AF_INET, &clientAddr, ipAddress, );  

            /// 可读性监视，可读性指有连接到来、有数据到来、连接已关闭、重置或终止
            if (FD_ISSET(socket, &readSet))
            {
                char bufRecv[];
                result = recv(socket, bufRecv, , );
                if (result == SOCKET_ERROR)
                {
                    DWORD err = WSAGetLastError();
                    if (err == WSAECONNRESET)       /// 客户端的socket没有被正常关闭,即没有调用closesocket
                    {
                        std::cout << "客户端[" << ipAddress << ":" << ntohs(clientAddr.sin_port) << "]被强行关闭, ";
                    }
                    else
                    {
                        std::cout << "recv() error，" << std::endl;
                    }  

                    closesocket(socket);
                    FD_CLR(socket, &allSockSet);  

                    std::cout << "目前客户端的数量为：" << allSockSet.fd_count -  << std::endl;
                    break;
                }
                else if (result == )               /// 客户端的socket调用closesocket正常关闭
                {
                    closesocket(socket);
                    FD_CLR(socket, &allSockSet);  

                    std::cout << "客户端[" << ipAddress << ":" << ntohs(clientAddr.sin_port)
                        << "]已经退出，目前客户端的数量为：" << allSockSet.fd_count -  << std::endl;
                    break;
                }  

                bufRecv[result] = '\0';
                std::cout << "来自客户端[" << ipAddress << ":" << ntohs(clientAddr.sin_port)
                    << "]的消息：" << bufRecv << std::endl;
            }
        }
    }  

    for (u_int i = ; i < allSockSet.fd_count; ++i)
    {
        SOCKET socket = allSockSet.fd_array[i];
        closesocket(socket);
    }  

    WSACleanup();
    return ;
}  

客户端

#include <iostream>
#include <WS2tcpip.h>
#include <WinSock2.H>  

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

#define SERVER_ADDRESS      "127.0.0.1"
#define SERVER_PORT         8000  

#define SOCKET_NUM          1       /// 客户端socket的个数,修改该值可以改变连接到服务器的客户端个数  

int main()
{
    WORD wVersionRequested = MAKEWORD(, );
    WSADATA wsaData;
    int err = WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);
    if (err != ) return ;  

    if (LOBYTE(wsaData.wVersion) !=  ||
        HIBYTE(wsaData.wVersion) != )
    {
        WSACleanup();
        std::cout << "WSAStartup() error." << std::endl;
        return -;
    }  

    SOCKET allSocketClients[SOCKET_NUM];
    for (int i = ; i < SOCKET_NUM; i ++)
    {
        SOCKET socketClient = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
        if (socketClient == INVALID_SOCKET)
        {
            WSACleanup();
            std::cout << "socket() error." << std::endl;
            return -;
        }
        allSocketClients[i] = socketClient;
    }  

    SOCKADDR_IN server;
    memset(&server, , sizeof(SOCKADDR_IN));
    server.sin_family = AF_INET;
    server.sin_port = htons(SERVER_PORT);
    inet_pton(server.sin_family, SERVER_ADDRESS, &server.sin_addr);  

    for (int i = ; i < SOCKET_NUM; i++)
    {
        SOCKET socketClient = allSocketClients[i];
        err = connect(socketClient, (struct sockaddr *)&server, sizeof(SOCKADDR_IN));
        if (err == SOCKET_ERROR)
        {
            std::cout << "connect() error." << std::endl;
            closesocket(socketClient);
            WSACleanup();
            return -;
        }  

        std::cout << "第 " << i +  << " 个客户端连接服务器成功。" << std::endl;
    }  

    for (int i = ; i < SOCKET_NUM; i++)
    {
        SOCKET socketClient = allSocketClients[i];
        char message[] = {  };
        sprintf_s(message, "我是第 %d 个客户端 ", i + );
        send(socketClient, message, strlen(message), );
    }  

    /// 按 q 退出程序
    do
    {
    } while (getchar() != 'q');  

    for (int i = ; i < SOCKET_NUM; i++)
    {
        SOCKET socketClient = allSocketClients[i];
        closesocket(socketClient);
    }  

    WSACleanup();  

    return ;
}