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select I/O模型

肥安 — Tue, 17 Jul 2012 13:56:00 GMT

选择（select）模型是Winsock中最常见的 I/O模型。核心便是利用 select 函数，实现对 I/O的管理！

利用 select 函数来判断某Socket上是否有数据可读，或者能否向一个套接字写入数据，防止程序在Socket处于阻塞模式中时，

在一次 I/O 调用（如send或recv、accept等）过程中，被迫进入“锁定”状态；同时防止在套接字处于非阻塞模

式中时，产生WSAEWOULDBLOCK错误。

█ select 的函数原型如下：

int select(

__in int nfds,

__in_out fd_set* readfds,

__in_out fd_set* writefds,

__in_out fd_set* exceptfds,

__in const struct timeval* timeout

);

其中，第一个参数nfds会被忽略。之所以仍然要提供这个参数，只是为了保持与Berkeley套接字兼容。

后面大家看到有三个 fd_set类型的参数：

一个用于检查可读性（readfds），

一个用于检查可写性（writefds），

一个用于例外数据（exceptfds）。

fd_set 结构的定义如下：

typedef struct fd_set {

u_int fd_count;

SOCKET fd_array[FD_SETSIZE];

} fd_set;

#define FD_SETSIZE 64

所以 fd_set 结构中最多只能监视64个套接字。

fdset 代表着一系列特定套接字的集合。其中， readfds 集合包括符合下述任何一个条件的套接字：

● 有数据可以读入。

● 连接已经关闭、重设或中止。

● 假如已调用了listen，而且一个连接正在建立，那么accept函数调用会成功。

writefds 集合包括符合下述任何一个条件的套接字：

● 有数据可以发出。

● 如果已完成了对一个非锁定连接调用的处理，连接就会成功。

exceptfds 集合包括符合下述任何一个条件的套接字：

● 假如已完成了对一个非锁定连接调用的处理，连接尝试就会失败。

● 有带外（Out-of-band，OOB）数据可供读取。

举个例子，假设我们想测试一个套接字是否“可读”，必须将自己的套接字增添到readfds集合中，

然后调用 select 函数并等待其完成。select 完成之后，再次判断自己的套接字是否仍为 readfds 集合的一部分。

若答案是肯定的，则表明该套接字“可读”，可立即着手从它上面读取数据。

在三个参数中（readfds、writefds 和 exceptfds），任何两个都可以是空值（ NULL）；

但是，至少有一个不能为空值！在任何不为空的集合中，必须包含至少一个套接字句柄；

否则， select 函数便没有任何东西可以等待。最后一个参数 timeout 对应的是一个指针，它指向一个timeval 结构，

用于决定select 最多等待 I/O操作完成多久的时间。如 timeout 是一个空指针，那么 select 调用会无限

期地“锁定”或停顿下去，直到至少有一个描述符符合指定的条件后结束。

对 timeval 结构的定义如下：

tv_sec 字段以秒为单位指定等待时间；

tv_usec 字段则以毫秒为单位指定等待时间。

1秒 = 1000毫秒

若将超时值设置为（0 , 0），表明 select 会立即返回，出于对性能方面的考虑，应避免这样的设置。

█ select 函数返回值：

select 成功完成后，会在 fdset 结构中，返回刚好有未完成的 I/O操作的所有套接字句柄的总量。

若超过 timeval 设定的时间，便会返回0。若 select 调用失败，都会返回 SOCKET_ERROR，

应该调用 WSAGetLastError 获取错误码！

用 select 对套接字进行监视之前，必须将套接字句柄分配给一个fdset的结构集合，

之后再来调用 select，便可知道一个套接字上是否正在发生上述的 I/O 活动。

Winsock 提供了下列宏操作，可用来针对 I/O活动，对 fdset 进行处理与检查：

● FD_CLR(s, *set)：从set中删除套接字s。

● FD_ISSET(s, *set)：检查s是否set集合的一名成员；如答案是肯定的是，则返回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。

例如，假定我们想知道是否可从一个套接字中安全地读取数据，同时不会陷于无休止的

“锁定”状态，便可使用 FDSET 宏，将自己的套接字分配给 fdread 集合，再来调用 select。要

想检测自己的套接字是否仍属 fdread 集合的一部分，可使用 FD_ISSET 宏。采用下述步骤，便

可完成用 select 操作一个或多个套接字句柄的全过程：

1) 使用FDZERO宏，初始化一个fdset对象；

2) 使用FDSET宏，将套接字句柄加入到fdset集合中；

3) 调用 select 函数，等待其返回……select 完成后，会返回在所有 fdset 集合中设置的套接字句柄总数，

并对每个集合进行相应的更新。

4) 根据 select的返回值和 FDISSET宏，对 fdset 集合进行检查。

5) 知道了每个集合中“待决”的 I/O操作之后，对 I/O进行处理，

然后返回步骤1 )，继续进行 select 处理。

select 函数返回后，会修改 fdset 结构，删除那些不存在待决 I/O 操作的套接字句柄。

这正是我们在上述的步骤 ( 4 ) 中，为何要使用 FDISSET 宏来判断一个特定的套接字是否仍在集合中的原因。

肥安 2012-07-17 21:56 发表评论

socket阻塞与非阻塞区别(转)

肥安 — Mon, 16 Jul 2012 13:47:00 GMT

简单点说:

阻塞就是干不完不准回来，
非组赛就是你先干，我现看看有其他事没有，完了告诉我一声

我们拿最常用的send和recv两个函数来说吧...
比如你调用send函数发送一定的Byte,在系统内部send做的工作其实只是把数据传输(Copy)到TCP/IP协议栈的输出缓冲区,它执行成功并不代表数据已经成功的发送出去了,如果TCP/IP协议栈没有足够的可用缓冲区来保存你Copy过来的数据的话...这时候就体现出阻塞和非阻塞的不同之处了:对于阻塞模式的socket send函数将不返回直到系统缓冲区有足够的空间把你要发送的数据Copy过去以后才返回,而对于非阻塞的socket来说send会立即返回WSAEWOULDDBLOCK告诉调用者说:"发送操作被阻塞了!!!你想办法处理吧..."
对于recv函数,同样道理,该函数的内部工作机制其实是在等待TCP/IP协议栈的接收缓冲区通知它说:嗨,你的数据来了.对于阻塞模式的socket来说如果TCP/IP协议栈的接收缓冲区没有通知一个结果给它它就一直不返回:耗费着系统资源....对于非阻塞模式的socket该函数会马上返回,然后告诉你:WSAEWOULDDBLOCK---"现在没有数据,回头在来看看"

扩展:

在进行网络编程时，我们常常见到同步、异步、阻塞和非阻塞四种调用方式。这些方式彼此概念并不好理解。下面是我对这些术语的理解。
同步
      所谓同步，就是在发出一个功能调用时，在没有得到结果之前，该调用就不返回。按照这个定义，其实绝大多数函数都是同步调用（例如sin, isdigit等）。但是一般而言，我们在说同步、异步的时候，特指那些需要其他部件协作或者需要一定时间完成的任务。最常见的例子就是 SendMessage。该函数发送一个消息给某个窗口，在对方处理完消息之前，这个函数不返回。当对方处理完毕以后，该函数才把消息处理函数所返回的 LRESULT值返回给调用者。
异步
      异步的概念和同步相对。当一个异步过程调用发出后，调用者不能立刻得到结果。实际处理这个调用的部件在完成后，通过状态、通知和回调来通知调用者。以 CAsycSocket类为例（注意，CSocket从CAsyncSocket派生，但是起功能已经由异步转化为同步），当一个客户端通过调用 Connect函数发出一个连接请求后，调用者线程立刻可以朝下运行。当连接真正建立起来以后，socket底层会发送一个消息通知该对象。这里提到执行部件和调用者通过三种途径返回结果：状态、通知和回调。可以使用哪一种依赖于执行部件的实现，除非执行部件提供多种选择，否则不受调用者控制。如果执行部件用状态来通知，那么调用者就需要每隔一定时间检查一次，效率就很低（有些初学多线程编程的人，总喜欢用一个循环去检查某个变量的值，这其实是一种很严重的错误）。如果是使用通知的方式，效率则很高，因为执行部件几乎不需要做额外的操作。至于回调函数，其实和通知没太多区别。
阻塞
     阻塞调用是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起。函数只有在得到结果之后才会返回。有人也许会把阻塞调用和同步调用等同起来，实际上他是不同的。对于同步调用来说，很多时候当前线程还是激活的，只是从逻辑上当前函数没有返回而已。例如，我们在CSocket中调用Receive函数，如果缓冲区中没有数据，这个函数就会一直等待，直到有数据才返回。而此时，当前线程还会继续处理各种各样的消息。如果主窗口和调用函数在同一个线程中，除非你在特殊的界面操作函数中调用，其实主界面还是应该可以刷新。socket接收数据的另外一个函数recv则是一个阻塞调用的例子。当socket工作在阻塞模式的时候，如果没有数据的情况下调用该函数，则当前线程就会被挂起，直到有数据为止。
非阻塞
      非阻塞和阻塞的概念相对应，指在不能立刻得到结果之前，该函数不会阻塞当前线程，而会立刻返回。
对象的阻塞模式和阻塞函数调用
对象是否处于阻塞模式和函数是不是阻塞调用有很强的相关性，但是并不是一一对应的。阻塞对象上可以有非阻塞的调用方式，我们可以通过一定的API去轮询状态，在适当的时候调用阻塞函数，就可以避免阻塞。而对于非阻塞对象，调用特殊的函数也可以进入阻塞调用。函数select就是这样的一个例子。

阻塞通信

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通过重叠通信和计算在许多系统能提高性能。由一个智能通信控制器自动地执行通信的系统是真实的。轻－重线索是取得这种重叠的一种机制。导致好性能的一个可选的机制是使用非阻塞通信。一个阻塞发送开始调用初始化这个发送操作，但不完成它。在这个消息被从这个发送缓存拷出以前，这个发送开始调用将返回。需要一个独立的“发送完成”调用完成这个通信，例如，检验从发送缓存拷出的数据。用适当的硬件，在发送被初始化后和它完成以前，来自发送者存储的数据转换可以和在发送者完成的计算同时进行。类似地，一个非阻塞“接收开始调用”初始化这个接收操作, 但不完成它。在一个消息被存入这个接收缓存以前，这个调用将返回。须要一个独立的“接收完成”调用完成这个接收操作，并检验被接收到这个接收缓存的数据。用适当的硬件，在接收操作初始化后和它完成以前，到接收者存储的数据转换可以和计算同时进行。非阻塞接收的使用虽着信息较早地在接收缓存位置被提供，也可以避免系统缓存和存储器到存储器拷贝。

非阻塞发送开始调用能使用与阻塞发送一样的四种模式: 标准, 缓存, 同步和准备好模式。这些具有同样的意义。无论一个匹配接收是否已登入，能开始除“准备好”以外的所有模式的发送；只要一个匹配接收已登入，就能开始一个非阻塞“准备好”发送。在所有情况下，发送开始调用是局部的：无论其它进程的状态如何，它立刻返回。如果这个调用使得一些系统资源用完，那么它将失败并返回一个错误代码。高质量的MPI实现应保证这种情况只在“病态”时发生。即，一个MPI实现将能支持大数量挂起非阻塞操作。　　

当数据已被从发送缓存拷出时，这个发送完成调用返回。它可以带有附加的意义，这取决于发送模式。　　

如果发送模式是“同步的”，那么只有一个匹配接收已开始这个发送才能完成。即，一个接收已被登入，并已和这个发送匹配。这时，这个发送完成调用是非局部的。注意，在接收完成调用发生以前，如果一个同步、非阻塞发送和一个非阻塞接收匹配, 它可以完成。(发送者一“知道”转换将结束，它就能完成，但在接收者“知道”转换将结束以前)。　　

如果发送模式是“缓存”，并没有挂起接收，那么消息必须被缓存。这时，发送完成调用是局部的，而且无论一个匹配接收的状态如何，它必须成功。　　

如果发送模式是标准的，同时这个消息被缓存，那么在一个匹配接收发生以前，发送结束调用可以返回。另一方面，发送完成直到一个匹配接收发生才可以完成，并且这个消息已被拷到接收缓存。　　

非阻塞发送能被用阻塞接收匹配，反过来也可以。　　

给用户的建议. 一个发送操作的完成, 对于标准模式可以被延迟, 对于同部模式必须延迟, 直到一个匹配接收登入。这两种情况下非阻塞发送的使用允许发送者提前于接收者进行，以便在两进程的速度方面，计算更容忍波动。　　

缓存和准备好模式中的非阻塞发送有一个更有限的影响。一可能一个非阻塞发送将返回，而一个阻塞发送将在数据被从发送者存储拷出后返回。只要在数据拷贝能和计算同时的情况下，非阻塞发送的使用有优点。　　

消息发送模式隐含着由发送者初始化通信。当发送者初始化通信(数据被直接移到接收缓存, 并不要求排队一个挂起发送请求) 时，如果一个接收已登入，这个通信一般将有较低的额外负担。但是，只在匹配发送已发生后，一个接收操作能完成。当非阻塞接收等待发送时，没有阻塞接收，它的使用允许得到较低的通信额外负担。（给用户的建议结束）。

肥安 2012-07-16 21:47 发表评论