winsock IO模型 select模型

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两种I/O模式

    * 阻塞模式：执行I/O操作完成前会一直进行等待，不会将控制权交给程序。套接字 默认为阻塞模式。可以通过多线程技术进行处理。
    * 非阻塞模式：执行I/O操作时，Winsock函数会返回并交出控制权。这种模式使用 起来比较复杂，因为函数在没有运行完成就进行返回，会不断地返回 WSAEWOULDBLOCK错误。但功能强大。

 

比较容易想到的一种服务器模型就是采用一个主线程，负责监听客户端的连接请求，当接收到某个客户端的连接请求后，创建一个专门用于和该客户端通信的  套接字和一个辅助线程。以后该客户端和服务器的交互都在这个辅助线程内完成。这种方法比较直观，程序非常简单而且可移植性好，但是不能利用平台相关的特  性。例如，如果连接数增多的时候（成千上万的连接），那么线程数成倍增长，操作系统忙于频繁的线程间切换，而且大部分线程在其生命周期内都是处于非活动状  态的，这大大浪费了系统的资源。所以，如果你已经知道你的代码只会运行在Windows平台上，建议采用Winsock I/O模型。

select 五种IO模型之一

select模型：
　　通过调用select函数可以确定一个或多个套接字的状态，判断套接字上是否有数据，或 者能否向一个套接字写入数据。
      int  select( int nfds, fd_set FAR * readfds, fd_set FAR * writefds,       fd_set FAR *exceptfds, const struct timeval FAR * timeout );     

  Select模型是最常见的I/O模型。

使用 int select( int nfds , fd_set FAR* readfds , fd_set FAR* writefds,fd_set FAR* exceptfds,const struct timeval FAR * timeout ) ;

函数来检查你要调用的Socket套接字是否已经有了需要处理的数据。

select包含三个Socket队列，分别代表： readfds ，检查可读性，writefds，检查可写性，exceptfds，例外数据。 timeout是select函数的返回时间。

例如，我们想要检查一个套接字是否有数据需要接收，我们可以把套接字句柄加入可读性检查队列中，然后调用select，如果，该套接字没有数据需要接收， select函数会把该套接字从可读性检查队列中删除掉，所以我们只要检查该套接字句柄是否还存在于可读性队列中，就可以知道到底有没有数据需要接收了。

WinSock提供了一些宏用来操作套接字队列fd_set。

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。
◆先来看看涉及到的结构的定义： a、 fd_set结构：
#define FD_SETSIZE 64

typedef struct fd_set

{

u_int  fd_count;                             /* how many are SET? */

SOCKET  fd_array[FD_SETSIZE];    /* an array of SOCKETs */

} fd_set;     
fd_count为已设定socket的数量

fd_array为socket列表，FD_SETSIZE为最大socket数量，建议不小于64。这是微软建 议的。(是否是不应该大于64)

B、timeval结构：
struct timeval

{

  long tv_sec;               /* seconds */

  long tv_usec;             /* and microseconds */

};
tv_sec为时间的秒值。 tv_usec为时间的毫秒值。 这个结构主要是设置select()函数的等待值，如果将该结构设置为(0,0)，则select()函数 会立即返回。
◆再来看看select函数各参数的作用：
   1. nfds：没有任何用处，主要用来进行系统兼容用，一般设置为0。   

2. readfds：等待可读性检查的套接字组。

   3. writefds；等待可写性检查的套接字组。   

4. exceptfds：等待错误检查的套接字组。   

5. timeout：超时时间。  

  6. 函数失败的返回值：调用失败返回SOCKET_ERROR,超时返回0。

readfds、writefds、exceptfds三个变量至少有一个不为空，同时这个不为空的套接字组 种至少有一个socket，道理很简单，否则要select干什么呢。 举例：测试一个套接字是否可读：
fd_set fdread;

FD_SET(s,&fdread)；       //加入套接字

if(FD_ISSET(s,&fread)   //是否存在fread中

如果你想在Windows平台上构建服务器应用，那么I/O模型是你必须考虑的。Windows操作系统提供了选择（Select）、异步选择 （WSAAsyncSelect）、事件选择（WSAEventSelect）、重叠I/O（Overlapped I/O）和完成端口（Completion Port)共五种I/O模型。每一种模型均适用于一种特定的应用场景。程序员应该对自己的应用需求非常明确，而且综合考虑到程序的扩展性和可移植性等因 素，作出自己的选择。

 

（节选自《Windows网络编程》第八章) 下面的这段程序就是利用选择模型实现的Echo服务器的代码：

#include <winsock.h> 
#include <stdio.h>
#define PORT       5150 
#define MSGSIZE    1024
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
int    g_iTotalConn = 0;
SOCKET g_CliSocketArr[FD_SETSIZE];
DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID lpParameter);
int main()
{
    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_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY); 
    local.sin_family = AF_INET; 
    local.sin_port = htons(PORT); 
    bind(sListen, (struct sockaddr *)&local, sizeof(SOCKADDR_IN));
    // Listen
    listen(sListen, 3);
    // Create worker thread 
    HANDLE hHandle = CreateThread(NULL, 0, WorkerThread, NULL, 0, &dwThreadId);
    CloseHandle(hHandle);
    while (TRUE) 
    {    
        // Accept a connection   
        sClient = accept(sListen, (struct sockaddr *)&client, &iaddrSize);   
        printf("Accepted client:%s:%d\n", inet_ntoa(client.sin_addr), ntohs(client.sin_port));
        // Add socket to fdTotal   
        g_CliSocketArr[g_iTotalConn++] = sClient; 
    }
    return 0; 
}

DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID lpParam) 
{
    int            i; 
    fd_set         fdread; 
    int            ret; 
    struct timeval tv = {1, 0}; 
    char           szMessage[MSGSIZE];
    while (TRUE) 
    {   
        FD_ZERO(&fdread);    
        for (i = 0; i < g_iTotalConn; i++)   
        {     
            FD_SET(g_CliSocketArr[i], &fdread);   
        }
        // We only care read event    
        ret = select(0, &fdread, NULL, NULL, &tv);
        if (ret == 0)   
        {     
            // Time expired   
            continue;     
        }
        for (i = 0; i < g_iTotalConn; i++) 
        {   
            if (FD_ISSET(g_CliSocketArr[i], &fdread))     
            {     
                // A read event happened on pfdTotal->fd_array[i]    
                ret = recv(g_CliSocketArr[i], szMessage, MSGSIZE, 0);     
                if (ret == 0 || (ret == SOCKET_ERROR && WSAGetLastError() == WSAECONNRESET))    
                {    
                    // Client socket closed        
                    printf("Client socket %d closed.\n", g_CliSocketArr[i]);    
                    closesocket(g_CliSocketArr[i]);      
                    if (i < g_iTotalConn - 1)       
                    {                   
                        g_CliSocketArr[i--] = g_CliSocketArr[--g_iTotalConn];   
                    }      
                }   
                else    
                {       // We received a message from client       
                    szMessage[ret] = '\0';     
                    send(g_CliSocketArr[i], szMessage, strlen(szMessage), 0);     
                }     
            }   
        } 
    }
    return 0; 
}

 

服务器的几个主要动作如下：

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，用来存放当前所有活动的客户端套接字，每accept一个连接就更新一次数组；

4.  接受客户端的连接。这里有一点需要注意的，就是我没有重新定义FD_SETSIZE宏，所以服务器最多支持的并发连接数为64。而且，这里决不能无条件的  accept,服务器应该根据当前的连接数来决定是否接受来自某个客户端的连接。一种比较好的实现方案就是采用WSAAccept函数，而且让  WSAAccept回调自己实现的Condition Function。如下所示：

int CALLBACK ConditionFunc(LPWSABUF  lpCallerId,LPWSABUF lpCallerData, LPQOS lpSQOS,LPQOS lpGQOS,LPWSABUF lpCalleeId,  LPWSABUF lpCalleeData,GROUP FAR * g,DWORD dwCallbackData)

{

if (当前连接数 <  FD_SETSIZE)   

return CF_ACCEPT;

else    return  CF_REJECT;

}

工作者线程里面是一个死循环，一次循环完成的动作是： 1.将当前所有的客户端套接字加入到读集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，如果是，则接收数据。如果接收的数据长度为0，或者发生WSAECONNRESET错误，则表示客户端套接字主动关  闭，这时需要将服务器中对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）

除了需要有条件接受客户端的连接外，还需要在连接数为0的情形下做特殊处理，因为如果读集中没有任何套接字，select函数会立刻返回，这将导致工作者线程成为一个毫无停顿的死循环，CPU的占用率马上达到100%。