Windows Socket五种IO模型——select模型

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。最初设计该模型时，主要面向的是某些使用UNIX操作系统的计算机，它们采用的是Berkeley套接字方案。Select模型已集成到Winsock 1.1中，它使那些想避免在套接字调用过程中被无辜“锁定”的应用程序，采取一种有序的方式，同时进行对多个套接字的管理。由于Winsock 1.1向后兼容于Berkeley套接字实施方案，所以假如有一个Berkeley套接字应用使用了 select函数，那么从理论角度讲，毋需对其进行任何修改，便可正常运行。（节选自《Windows网络编程》第八章)

客户端代码：

#include <WINSOCK2.H>#include <stdio.h>

#define SERVER_ADDRESS "127.0.0.1"#define PORT           5150#define MSGSIZE        1024

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

int main(){    WSADATA     wsaData;    SOCKET      sClient;    SOCKADDR_IN server;    char        szMessage[MSGSIZE];    int         ret;

    // Initialize Windows socket library    WSAStartup(0x0202, &wsaData);

    // Create client socket    sClient = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

    // Connect to server    memset(&server, 0, sizeof(SOCKADDR_IN));    server.sin_family = AF_INET;    server.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(SERVER_ADDRESS);    server.sin_port = htons(PORT);

    connect(sClient, (struct sockaddr *)&server, sizeof(SOCKADDR_IN));

    while (TRUE)    {        printf("Send:");        gets(szMessage);

        // Send message        send(sClient, szMessage, strlen(szMessage), 0);

        // Receive message        ret = recv(sClient, szMessage, MSGSIZE, 0);        szMessage[ret] = '/0';

        printf("Received [%d bytes]: '%s'/n", ret, szMessage);    }

    // Clean up    closesocket(sClient);    WSACleanup();    return 0;}

服务器代码：

#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    CreateThread(NULL, 0, WorkerThread, NULL, 0, &dwThreadId); 

    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 g_CliSocketArr        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);//把所有的socket都塞到fd_set中        }

        // We only care read event        ret = select(0, &fdread, NULL, NULL, &tv);//检测是否有数据可读

        if (ret == 0)        {            // Time expired            continue;        }

        for (i = 0; i < g_iTotalConn; i++)        {            if (FD_ISSET(g_CliSocketArr[i], &fdread))//对有数据可读的那个套接字  进行处理            {                // A read event happened on g_CliSocketArr                ret = recv(g_CliSocketArr[i], szMessage, MSGSIZE, 0);                if (ret == 0 || (ret == SOCKET_ERROR && WSAGetLastError() == WSAECONNRESET))                {//处理发生错误的时候                    // Client socket closed                    printf("Client socket %d closed./n", g_CliSocketArr);                    closesocket(g_CliSocketArr[i]);                    if (i < g_iTotalConn - 1)                    {                                    g_CliSocketArr[i--] = g_CliSocketArr[--g_iTotalConn];                    }                }                else                {//正常的情况                    // We received a message from client                    szMessage[ret] = '/0';                    send(g_CliSocketArr[i], szMessage, strlen(szMessage), 0);                }            }        }

    }//while

    return 0;}

代码说明：

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%。

关系到套接字列表的操作都需要使用循环,在轮询的时候,需要遍历一次,再新的一轮开始时,将列表加入队列又需要遍历一次.也就是说,Select在工作一次时,需要至少遍历2次列表,这是它效率较低的原因之一.在大规模的网络连接方面,还是推荐使用IOCP或EPOLL模型.但是Select模型可以使用在诸如对战类游戏上,比如类似星际这种,因为它小巧易于实现,而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,可以采取分段轮询,一次轮询64个.例如套接字列表为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个再加入轮询队列中进行轮询处理.这样处理需要在非阻塞式下工作.以此类推,Select也能支持无限多个.

说下自己对select的理解：

select我个人理解，三个步骤比较关键，

 

1.FD_SET是把所有连接到服务器上的客户端的socket都塞到fd_set中

2.select 是从fd_set中选择那些有可读的socket塞到fd_set中   没有可读的socket就不放在fd_set中了

3.FD_ISSET遍历所有的连接在服务器上的客户端的socket， 如果socket存在于fd_set中   就说明有数据可读  然后就处理这个socket