由于socket recv()方法是堵塞式的,当多个客户端连接服务器时,其中一个socket的recv调用时,会产生堵塞,使其他连接不能继续。

如果想改变这种一直等下去的焦急状态,可以多线程来实现(不再等待,同时去recv,同时阻塞),每个socket连接使用一个线程,这样效率十分低下,根本不可能应对负荷较大的情况(是啊,占用各种资源,电脑啊,你耗不起)。

这时候我们便可以采取select模型。select允许进程指示内核等待多个事件中的任何一个发生,并仅在有一个或多个事件发生或经历一段指定时间后才唤醒它。select告诉内核对哪些描述子(文件描述符)感兴趣以及等待多长时间。这就是所谓的非阻塞模型,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。

select的函数原型:

int select
(
int nfds, //Winsock中此参数无意义
fd_set* readfds, //进行可读检测的Socket
fd_set* writefds, //进行可写检测的Socket
fd_set* exceptfds, //进行异常检测的Socket
const struct timeval* timeout //非阻塞模式中设置最大等待时间
)

  第一种解释版本:

/*参数列表
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。
*/

  OS内核通过查看读或者写数据缓冲区是否有数据类决定select的返回值。

/*
返回值: 负值:select错误 正值:某些文件可读写或出错,即使是出错了,但是调用recv函数的时候不会阻塞了 0:等待超时,没有可读写或错误的文件
*/

  第二种解释版本:

参数解释:

参数1 nfds:这个参数是一个被忽略的参数,我们在程序中传入0即可,其目的是与伯克利套接字兼容。

参数2 readfds:可读性监视集合,可读性指有连接到来、有数据到来、连接已关闭、重置或终止。

参数3 writefds:可写性监视集合,可写性指数据可以发送、连接可以成功。

参数4 exceptfds:例外性监视集合,例外性指连接会失败、外带数据到来

参数4 timeout:该参数指定select会等待的时间,者结构很简单,要是有兴趣可以看看msdn

注意:select参数中的三个监视集合至少有一个不能为空,任何其它两个都可为空

  


fd_set的结构,这个结构是用来装SOCKET的,把要监视SOCKET传给这个结构,然后同select函数进行监视。

struct fd_set
{
u_int fd_count; // how many are SET?
SOCKET fd_array[FD_SETSIZE]; // an array of SOCKETs
} ;

  和select模型紧密结合的四个宏:

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添加到队列set中。

FD_ZERO( *set ) 把set队列初始化成空队列。

  select选择模式倚赖于select函数,其思想就是让select函数对传入fd_set进行监视(fd_set中装有你的SOCKET句柄),如果没什么事发生select就将fd_set中的SOCKET清除。

timeval outTime;
outTime.tv = 1; //设置等待时间为1s
outTime.usec = 0; //毫秒
fd_set fdread;
while(true)
{
FD_ZERO(&fdread);
FD_SET(sessionSock, &fdread) //sessionSock为之前创建的会话套接字
select(0, &fdread, NULL, NULL, &outTime);
if(FD_ISSET(sessionSock, &fdread))//判断套接字是否还在集合中
{
recv_cnt = recv(sessionSock, buf, bufSize, 0);
}
else
{
//没有数据写入,进行其他操作
}
}

  结束了吗,有问题吗?是否有人觉得奇怪,我这说的是异步I/O,但这个select依然会阻塞进程啊,不是设置了outTime的吗?此问题很好,select本身是会阻塞的,我们可以使用select实现阻塞式套接字(如上),也可以实现异步套接字。我个人对实现异步套接字的理解是:你可以单独使用一个线程来进行你select,也就是说select阻塞你单独的线程,说白了就是让线程来完成异步。


下面具体分析一下项目中的socket的select模型:

对于工具机的select模型,它作为服务器只有一个socket,但是也用select模型,这样可以避免recv()函数阻塞:

while(ros::ok())
{
if(!connected)
{
ROS_INFO("Restarting connection..."); if(serverSocket > 0)
{
close(serverSocket);
serverSocket = -1;
} if(clientSocket > 0)
{
close(clientSocket);
clientSocket = -1;
} bool re;
if(bServer)
re = startServer();
else
re = connectServer();
if(!re)
continue;
}//if
int len =0;
int revDateCount = 0; int re = selectSocket(clientSocket, 100); if(re < 0)
{
ROS_ERROR("Receive Thread Select Error!");
connected = false;
continue;
}
else if(re == 0)
{
continue;
}
else//re > 0
{
len = recv(clientSocket, (void*)recvBuffer, MAX_BUFFER_LEN, 0);
if(len > 0)
{
memcpy((void*)(buff + revDateCount), (void*)recvBuffer, len);
revDateCount += len;
}//if
else
{
ROS_ERROR("Receive Data Error!");
connected = false;
goto __reconnect__;
}//else
}// re > 0 __reconnect__:;
}//while(ros::ok())

  其中的selectSocket函数如下,fd_set中只有一个描述符

int CSocket::selectSocket(int &hSocket, int msec, int sec, bool bRead)
{
fd_set fdset;
struct timeval tv;
FD_ZERO(&fdset);
FD_SET(hSocket, &fdset);
msec = msec > 1000 ? 1000 : msec;
tv.tv_sec = sec;
tv.tv_usec = msec * 1000; int iRet = 0;
if ( bRead ) {
iRet = select(hSocket + 1, &fdset, NULL , NULL, &tv);
}else{
iRet = select(hSocket + 1, NULL , &fdset, NULL, &tv);
}
return iRet;
}

  利用select的模式,虽然在工控机的服务器端只有一个socket,但是select模式能够很好的在不阻塞线程的情况下,调用recv函数。

再看云台角度查询的socket客户端:

socketMutex.Lock();
byte data[7] ={0xFF, 0x01,0x00, 0x51, 0x00, 0x00, 0x52};
if(sendData(data, sizeof(data), false) == 7)
{
Sleep(50);
while(1)
{
FD_ZERO(&readfds);
FD_SET(clientSocket, &readfds);
time.tv_sec = 0;
time.tv_usec = 500000;
re = select(nfds, &readfds, NULL, NULL, &time); if (re > 0)
{
num = recv(clientSocket, (char*)buffer, 128, 0);
if(num == 7)
{
p=buffer[4];
p = (p<<8);
p += buffer[5];
break;
}
else if (num <= 0)
{
bConnect = FALSE;
ErroFunc(_T("连接丢失"));
goto __reConnect__;
}
else
{
ErroFunc(_T("丢包"));
}
}//if
else
{
bConnect = FALSE;
ErroFunc(_T("连接丢失,正在重连..."));
socketMutex.Unlock();
goto __reConnect__;
}//else }//while }//if
socketMutex.Unlock();

  在select返回异常的时候,直接重新连接,不调用recv。

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