【Windows程式設計】-I/O模型-01.Select模型實作

1.傳統阻塞的Socket中存在的問題

1. 每個Socket連接配接在Recv過程中，存在無資料一直阻塞問題；

   （當然，這個可以通過ioctlsocket()函數修改Socket屬性為非阻塞，但會産生WSAEWOULDBLOCK錯誤。）

2. 多個Socket管理不友善問題，不能在一個線程中同時監視多個Socket；

   （注意，我們可以通過為每個Socket都建立一個線程的辦法實作同步監視（即一Socket一線程的方法），但這樣過于消耗系統資源。）

基于傳統的Socket中存在的問題，我們就要就要設計出相應的解決方案。在Windows下，主要有以下5種I/O模型：

1. Select模型；
2. 異步選擇（WSAAsyncSelect）模型；
3. 事件選擇（WSAEventSelect）模型；
4. 重疊I/O（Overlapped I/O）；
5. 完成端口（Completion Port)；

本文主要介紹最基本的Select模型。

2.Select模型設計思路

Select模型是Winsock中最常見的 I/O模型。核心便是利用 select 函數，實作對 I/O的管理。

每次調用Select之前，需将需要監聽的Socket放入一個fd_set結構中，利用 select 函數來判斷某Socket上是否有資料可讀/可寫，其（Select）内部通過輪詢的方式，實作了同時等待多個套接字，當某個或者多個套接字滿足可讀寫條件時，Select函數傳回。這樣，同時防止了在套接字處于非阻塞模式中時，産生WSAEWOULDBLOCK錯誤。

//fd_set 結構的定義如下：
typedef struct fd_set 
{ 
    u_int fd_count;
    SOCKET fd_array[FD_SETSIZE];  // 其實是将Socket放入數組中
} fd_set;
           

// Select模型實作 - 核心代碼如下：
//（因與Linux下的Select相似，此處直接借用Linux下的C代碼）
// C語言代碼實作
    while ()
    {
        // 定義fd_set集合
        fd_set client;
        FD_ZERO(&client);

        /* fill client 将所有需要監視的Socket填充進fd_set集合（内含Socket數組）
         * 變量說明：client_count為client_set中所包含的Socket數量。
         * 變量說明：client_set數組中是用戶端已連接配接的Socket。
         */
        for (i = ; i < *(p->client_count);++i)
        {
            FD_SET(p->client_set[i] , &client);  
        }

        /* call select
         * 如果有Socket發生了事件，就将那些沒有發生事件的Socket從fd_set集合中清除 （注意這裡是把集合的位址傳入的 &client）
         *
         * Q：Select内部是如何實作這種監視的？是通過Socket主動發送信号相應信号麼？還是輪詢？
         *  這裡留了這麼一個疑問，如果哪位夥伴知道，請在下方留言 ~~ 感激 ~~
         */

        ret = select(get_max(p->client_set , *(p->client_count)) + , &client , NULL , NULL , &time_val);   
        if ( SOCKET_ERROR == ret)
        {
            if (errno == EINVAL)
            {
                usleep();
                continue;
            }
            printf("select fail![%s]\n" , strerror(errno));
            break;
        }

        // check 檢視傳回的集合中，有哪些Socket還在，就說明有關于ta的事件發生。
        for (i =  ; i < *(p->client_count); ++i)
        {
            if (FD_ISSET(p->client_set[i] , &client) > )
            {
                // recv
                ret = recv(p->client_set[i] , buf , sizeof(buf) , );
                if (DEF_STD_ERROR == ret ||  == ret)
                {
                    // TODO:clear current client
                    continue;
                }
                printf("recv data:%s\n" , buf);
            }
        }

        // 處理完畢，下次循環将會重新填充fd_set集合，并再次輪詢。
    }
           

select 函數傳回值：

select 成功完成後，會在 fdset 結構中，傳回剛好有未完成的 I/O操作的所有套接字句柄的總量。

若超過 timeval 設定的時間，便會傳回0。若 select 調用失敗，都會傳回 SOCKET_ERROR，應該調用 WSAGetLastError 擷取錯誤碼！

用 select 對套接字進行監視之前，必須将套接字句柄配置設定給一個fdset的結構集合，之後再來調用 select，便可知道一個套接字上是否正在發生上述的 I/O 活動。

Winsock 提供了下列宏操作，可用來針對 I/O活動，對 fdset 進行處理與檢查：

● FD_CLR(s, *set)：從set中删除套接字s。

● FD_ISSET(s, *set)：檢查s是否set集合的一名成員；如答案是肯定的是，則傳回TRUE。

● FD_SET(s, *set)：将套接字s加入集合set。

● FD_ZERO( * set)：将set初始化成空集合。

3.select模式的優勢和不足

優勢：

1.可以同時對多個建立起來的套接字進行有序的管理。

不足：

1.每次調用Select之前都需要将所有Socket放入fd_set結構集合中，這樣每次都需要周遊一次數組，但可能每次這個數組都沒有變，或隻有少部分變化；

2.Select函數傳回時，并不知道是哪個Socket發生了事件，是以需要再次周遊Socket數組，找到發生事件的Socket，這個過程中會對沒有發生事件的Socket也進行判斷，而這個判斷是無效的；

（是以，一次Select過程需要輪詢周遊兩次Socket數組，這樣大大降低了CPU的有效效率。）

PS：以上内容如有不足，請多多指正！ –netosoul