簡介

Select 模型是 WinSock 中最常見的 I/O 模型，這篇文章我們就來看看如何使用 Select api 來實現一個簡單的 TCP 服務器.

API 基礎

Select 模型依賴 WinSock API Select 來檢查當前 Socket 是否可寫或者可讀。

使用這個 API 的優點是我們不需要使用阻塞的 Socket API (recv, send) 來等待 Socket 狀態準備就緒，我們可以異步的檢查 Socket 的狀態來進行讀數據或者寫數據.

Select 方法的聲明如下：

int WSAAPI select(int nfds,fd_set *readfds,fd_set *writefds,fd_set *exceptfds,const timeval *timeout );

其中：
nfds： 直接忽略即可，該參數的設計是為了兼容 Berkeley Socket 的實現
redfds： 返回值，當前可讀的 socket 的集合
writefds： 返回值，當前可寫的 socket 的集合
exceptfds：返回值，當前發生錯誤的 socket 的集合
返回值： 表示當前準備就緒的 socket 的數量。 這里的準備就緒包含 可讀，可寫，或者儲出錯的socket。如果返回 SOCKET_ERROR，表示發生錯誤，可以使用 WSAGetLastError 來獲取具體的錯誤碼。

fd_set

fd_set 是一個 socket 的集合，作為 select 方法的輸入輸出參數.

這里使用到的操作包括：

• FD_ZERO : 重置 fd_set
• FD_SET: 將 socket handle 添加到當前 fd_set
• FD_ISSET: 檢查某個 socket handle 是否處于當前 fd_set

實現思路

創建一個 socket 作為監聽 socket，并將該 socket 設置為非阻塞模式.

使用 select api 來非阻塞的簡單該監聽socket 是否有新連接進來。如果有，則調用 accept 來接收該 client socket

對于已經與客戶段建立的連接，同樣的設置為非阻塞模式，使用 select api 來檢查該 socket 上是否有數據可讀，或者該 socket 是否可寫，以便往客戶端發送數據。還需要檢查socket 是否出錯，本文的例子里忽略這點，思路是一樣的。

注意，這里所有的操作都是非阻塞的。

解析來我們通過一個例子看看如何使用 Select.

實例

本文的例子可以直接拷貝運行。 讀者如果不需要運行，直接注意加注釋的代碼段即可.

服務器實現

#include <WinSock2.h> #include <Windows.h> #include <stdio.h>#pragma comment(lib, "ws2_32")#define DEFALT_PORT 8080 #define DATA_BUFFER 8192typedef struct _SOCKET_CONTEXT {SOCKET Socket;WSABUF DataBuf;OVERLAPPED Overlapped;CHAR Buffer[DATA_BUFFER];DWORD BytesSEND;DWORD BytesRECV; } SOCKET_CONTEXT, * LPSOCKET_CONTEXT;BOOL CreateSocketContext(SOCKET s); void FreeSocketContext(DWORD Index);DWORD TotalSockets = 0; LPSOCKET_CONTEXT SocketArray[FD_SETSIZE];int main() {INT Ret;WSADATA wsaData;SOCKET ListenSocket;SOCKET AcceptSocket;SOCKADDR_IN Addr;ULONG NonBlock = 1;FD_SET ReadSet;FD_SET WriteSet;DWORD Total;DWORD Flags;DWORD RecvBytes;DWORD SentBytes;DWORD i;if ((Ret = WSAStartup(0x0202, &wsaData)) != 0) {printf("WSAStartup failed with error %d\n", Ret);WSACleanup();return 1;}if ((ListenSocket = WSASocketW(AF_INET, SOCK_STREAM, 0, NULL, 0, WSA_FLAG_OVERLAPPED)) == INVALID_SOCKET) {printf("WSASocket failed with error %d\n", WSAGetLastError());return 1;}Addr.sin_family = AF_INET;Addr.sin_addr.s_addr= htonl(INADDR_ANY);Addr.sin_port = htons(DEFALT_PORT);if (bind(ListenSocket, (PSOCKADDR) &Addr, sizeof(Addr)) == SOCKET_ERROR) {printf("bind failed with error %d\n", WSAGetLastError());return 1;}if (listen(ListenSocket, 10)) {printf("listen failed with eror %d\n", WSAGetLastError());return 1;}// 設置監聽socket為異步模式if (ioctlsocket(ListenSocket, FIONBIO, &NonBlock) == SOCKET_ERROR) {printf("ioctlsocket failed with error %d\n", WSAGetLastError());return 1;}while (TRUE) {// 清空 ReadSet 和 WriteSet，我們將該集合中放入我們關心的 socket handleFD_ZERO(&ReadSet);FD_ZERO(&WriteSet);// 將監聽socket 放入 ReadSet， 以便當有新連接到來的時候，我們可以檢查到該事件FD_SET(ListenSocket, &ReadSet);// 我們同時也關心已經建立的客戶段連接的可讀可寫狀態，以便我們從客戶端接收數據或者寫數據// 這里一些小邏輯，直接忽略for (i = 0; i < TotalSockets; i++) {if (SocketArray[i]->BytesRECV > SocketArray[i]->BytesSEND) {FD_SET(SocketArray[i]->Socket, &WriteSet);} else {FD_SET(SocketArray[i]->Socket, &ReadSet);}}// 使用 select 檢查當前 ReadSet 和 WriteSet 中的socket 是否有新的事件到來if ((Total = select(0, &ReadSet, &WriteSet, NULL, NULL)) == SOCKET_ERROR) {printf("select failed with error %d\n", WSAGetLastError());return 1;}// 使用 FD_ISSET 判斷監聽 socket 是否可以讀，也就是說有新的連接到來// 如果有，調用 accept 來接收該新連接if (FD_ISSET(ListenSocket, &ReadSet)) {Total--;if ((AcceptSocket = accept(ListenSocket, NULL, NULL)) != INVALID_SOCKET) {NonBlock = 1;if (ioctlsocket(AcceptSocket, FIONBIO, &NonBlock) == SOCKET_ERROR) {printf("ioctlsocket failed with error %d\n", WSAGetLastError());return 1;}if (CreateSocketContext(AcceptSocket) == FALSE) {printf("CreateSocketContext failed");return 1;}} else {if (WSAGetLastError() != WSAEWOULDBLOCK) {printf("accept failed with error %d\n", WSAGetLastError());return 1;} else {printf("accept returns WSAEWOULDBLOCK\n");}}}// 接下來檢查可讀的客戶段連接for (i = 0; Total > 0 && i < TotalSockets; i++) {LPSOCKET_CONTEXT Ctx = SocketArray[i];if (FD_ISSET(Ctx->Socket, &ReadSet)) {Total--;Ctx->DataBuf.buf = Ctx->Buffer;Ctx->DataBuf.len = DATA_BUFFER;//當前 socket 可讀，那么調用 WSARecv 從該 socket 讀取數據// 如果 WSARecv 返回 0， 是說該連接已經斷開Flags = 0;if (WSARecv(Ctx->Socket, &(Ctx->DataBuf), 1, &RecvBytes, &Flags, NULL, NULL) == SOCKET_ERROR) {if (WSAGetLastError() != WSAEWOULDBLOCK) {printf("WSARecv failed with error %d\n", WSAGetLastError());FreeSocketContext(i);} else {printf("WSARecv returns WSAEWOULDBLOCK");}continue;} else {Ctx->BytesRECV = RecvBytes;// If zero bytes are received, this indicates the peer closed the connection.if (RecvBytes == 0) {FreeSocketContext(i);continue;} else {printf("Recv %d bytes data from the socket %d\n", RecvBytes, Ctx->Socket);}}}// 接下來檢查可寫的客戶段連接if (FD_ISSET(Ctx->Socket, &WriteSet)) {Total--;Ctx->DataBuf.buf = Ctx->Buffer + Ctx->BytesSEND;Ctx->DataBuf.len = Ctx->BytesRECV - Ctx->BytesSEND;if (WSASend(Ctx->Socket, &(Ctx->DataBuf), 1, &SentBytes, 0, NULL, NULL) == SOCKET_ERROR) {if (WSAGetLastError() != WSAEWOULDBLOCK) {printf("WSASend failed with error %d\n", WSAGetLastError());FreeSocketContext(i);} else {printf("WSASend returns WSAEWOULDBLOCK");}continue;} else {Ctx->BytesSEND += SentBytes;if (Ctx->BytesSEND == Ctx->BytesRECV) {Ctx->BytesSEND = 0;Ctx->BytesRECV = 0;}}}}} }BOOL CreateSocketContext(SOCKET s) {LPSOCKET_CONTEXT Ctx;printf("Accepted a new socket %d\n", s);if ((Ctx = (LPSOCKET_CONTEXT) GlobalAlloc(GPTR, sizeof(SOCKET_CONTEXT))) == NULL) {printf("GlobalAlloc() failed with error %d\n", GetLastError());return FALSE;}Ctx->Socket = s;Ctx->BytesSEND = 0;Ctx->BytesRECV = 0;SocketArray[TotalSockets] = Ctx;TotalSockets++;return TRUE; }void FreeSocketContext(DWORD Index) {DWORD i;LPSOCKET_CONTEXT Ctx = SocketArray[Index];printf("Closing socket %d\n", Ctx->Socket);closesocket(Ctx->Socket);GlobalFree(Ctx);for (i = Index; i < TotalSockets; i++) {SocketArray[i] = SocketArray[i + 1];}TotalSockets--; }

客戶端實現

搭配該服務器，使用下面 client 實現進行測試。 這里僅僅做測試用，忽略了大部分的錯誤檢查.

#include <winsock2.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h>#define DEFAULT_COUNT 20 #define DEFAULT_PORT 8080 #define DEFAULT_BUFFER 2048 #define DEFAULT_MESSAGE "\'A test message from client\'"#pragma warning(disable:4996) #pragma comment(lib, "ws2_32")char szMessage[1024]; char szServer[128];int main(int argc, char **argv) {WSADATA wsaData;SOCKET ClientSocket;char szBuffer[DEFAULT_BUFFER];int ret, i;SOCKADDR_IN ServerAddr;struct hostent *host = NULL;WSAStartup(0x0202, &wsaData);strcpy_s(szMessage, sizeof(szMessage), DEFAULT_MESSAGE);strcpy_s(szServer, sizeof(szServer), "127.0.0.1");ClientSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);ServerAddr.sin_family = AF_INET;ServerAddr.sin_port = htons(DEFAULT_PORT);ServerAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(szServer);if (connect(ClientSocket, (struct sockaddr *) &ServerAddr, sizeof(ServerAddr)) == SOCKET_ERROR) {printf("connect failed with error %d\n", WSAGetLastError());return 1;}printf("Sending and receiving data if any...\n");for(i = 0; i < DEFAULT_COUNT; i++) {if ((ret = send(ClientSocket, szMessage, strlen(szMessage), 0)) == SOCKET_ERROR) {printf("send() failed with error %d\n", WSAGetLastError());break;}printf("send() is OK. Send %d bytes: %s\n", ret, szBuffer);if ((ret = recv(ClientSocket, szBuffer, DEFAULT_BUFFER, 0)) == SOCKET_ERROR) {printf("recv() failed with error %d\n", WSAGetLastError());break;}if (ret == 0) {printf("It is a graceful close!\n");break;}szBuffer[ret] = '\0';printf("recv() is OK. Received %d bytes: %s\n", ret, szBuffer);}if(closesocket(ClientSocket) == 0) {printf("closesocket() is OK!\n");} else {printf("closesocket() failed with error %d\n", WSAGetLastError());}WSACleanup();return 0; }

END！！！

總結

以上是生活随笔為你收集整理的WinSock I/O 模型 -- Select 模型的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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