【测试技术】I/O模型之一：select模型（一）

Win socket编程I/O模型之一：select模型(一)

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上一讲主要讲了windows socket编程的基础知识，完成了与服务器之间的首次对话。但是这显然不能满足我们，我们需要测试服务器的并发处理能力，就要同时与服务器建立很多的连接，并且在众多的连接上进行交流。

如果学过多线程的朋友，首先想到的思路可能是，没建立一个连接，我就创建一个线程来处理，在这个线程里面进行与服务器的交流（发送和接收数据）。这种思路也是可以的，实现起来也比较简单，但是CPU就得被你累死了。因为你想，你要创建500个连接，就得启动500个线程，对吧，那CPU就得不断的在这500个线程之间进行切换，而线程之间的切换时很耗用CPU运行时间的，最后CPU就忙着切换了，其他事情都别干了，所以这种效率极其的低下，不适合并发数较多的时候使用。

不过，很好的是，windows考虑到了上述的问题，提供了几种解决方案，也就是几种I/O模型，今天开始讲第一个模型：select模型。

在将select模型之前，先来阐述一个概念，叫“异步与同步”。

同步：同步就是客户端与服务器之间的交流是这样处理的，客户端先send一条数据给服务器，然后recv等在这里，只要服务器不返回数据，就一直傻等在这里，其他什么事情也不干，直到服务器返回为止。当然，服务器什么时候返回数据了，客户端也能马上收到。客户端与服务器之间的交流是同步的。

异步：异步的交流是这样的，客户端send一条数据给服务器，然后就去干别的事情了，它不关心服务器什么时候会返回数据，等到服务器返回数据的时候呢，它会收到一个通知说，服务器已经返回数据啦，你可以来取了，这个时候再去取。

同步和异步最大的区别就是：会不会傻等。等的我花都谢了啊......

那么select模型是干什么的呢，首先select模型管理的socket都是同步的，但是呢它做了一个改进，它扮演了一个邮箱的角色。当你把socket交给select模型管理的时候，select模型就不断的在你的socket上进行监测，然后对你的socket进行分类，然后告诉你，哪些socket是可以用来发送数据的，哪些socket收到了服务器返回的数据了，然后呢，你就可以在那些可以发送数据的socket上发送数据，从收到服务器返回数据的socket上接收数据啦。

当然，select管理socket的能力不是很强，单select只能管理64(FD_SETSIZE)个socket，如果需要管理更多的socket就需要维护一个线程池了，或者程序中显示定义更改FD_SETSIZE的值。

先来看select是怎么工作的：

1） 先介绍一个结构体fd_set：

winsock2.h中式这样定义的

typedef struct fd_set {

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

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

} fd_set;

2） select模型处理的所有步骤都是基于上面这个结构体，select会将你交给它的socket都放到上面的SOCKET数组中，然后在对这个数组进行轮询。

3） select具体有以下几步：

//假设你已经创立了MAX_SOCKET_COUNT个SOCKET，并且与服务器建立了连接

SOCKET sClients[MAX_SOCKET_COUNT];

//第一步：声明三个fd_set，分别对应SOCKET可能的三种状态

fd_set fdSend; //专门用来存储可以send数据的SOCKET

fd_set fdRecv; //专门用来存储可以recv数据的SOCKET

fd_set fdExcept;//专门用来存储出现异常的SOCKET

//第二步：调用FD_ZERO宏，将声明的fd_set清零

FD_ZERO(&fdSend);

FD_ZERO(&fdRecv);

FD_ZERO(&fdExcept);

//第三步：调用FD_SET宏，将sClients数组中的SOCKET们全部放到邮箱（fd_set）里面去

//注意，这里三个邮箱都要放

for (i=0;i<MAX_SOCKET_COUNT;i++)

{

       FD_SET(sClients[i],&fdSend);

       FD_SET(sClients[i],&fdRecv);

       FD_SET(sClients[i],&fdExcept);

}

//第四步：select开始轮询这些SOCKET了，并判断SOCKET上发生了哪些事情

timeval tv = {0,1}; //设置超时时间，如果设成0，则select立即返回

//将三个邮箱都交给select处理,处理完以后，

//在fdRecv中保留的就是有recv到数据的SOCKET们

//在fdSend中保留的就是可以send数据的SOCKET们

//在fdExcept中保留的就是存在异常的SOCKET们

select(0,&fdRecv,&fdSend,&fdExcept,&tv);

//int select(int maxfdp,fd_set *readfds,fd_set *writefds,fd_set *errorfds,struct timeval *timeout);
/*参数列表
int maxfdp是一个整数值，是指集合中所有文件描述符的范围，在Windows中这个参数的值无所谓，可以设置不正确。
fd_set *readfds是指向fd_set结构的指针，这个集合中应该包括文件描述符，我们是要监视这些文件描述符的读变化的，即我们关心是否可以从这些文件中读取数据了，如果这个集合中有一个文件可读，select就会返回一个大于0的值，表示有文件可读，如果没有可读的文件，则根据timeout参数再判断是否超时，若超出timeout的时间，select返回0，若发生错误返回负值。可以传入NULL值，表示不关心任何文件的读变化。
fd_set *writefds是指向fd_set结构的指针，这个集合中应该包括文件描述符，我们是要监视这些文件描述符的写变化的，即我们关心是否可以向这些文件中写入数据了，如果这个集合中有一个文件可写，select就会返回一个大于0的值，表示有文件可写，如果没有可写的文件，则根据timeout参数再判断是否超时，若超出timeout的时间，select返回0，若发生错误返回负值。可以传入NULL值，表示不关心任何文件的写变化。
fd_set *errorfds同上面两个参数的意图，用来监视文件错误异常。
struct timeval* timeout是select的超时时间，这个参数至关重要，它可以使select处于三种状态：
第一，若将NULL以形参传入，即不传入时间结构，就是将select置于阻塞状态，一定等到监视文件描述符集合中某个文件描述符发生变化为止；
第二，若将时间值设为0秒0毫秒，就变成一个纯粹的非阻塞函数，不管文件描述符是否有变化，都立刻返回继续执行，文件无变化返回0，有变化返回一个正值；
第三，timeout的值大于0，这就是等待的超时时间，即 select在timeout时间内阻塞，超时时间之内有事件到来就返回了，否则在超时后不管怎样一定返回，返回值同上述。

*/

//第五步：调用FD_ISSET宏，确定某个SOCKET到底在哪个fd_set中，然后干对应的事情

for (i=0;i<MAX_SOCKET_COUNT;i++)

{

       if (FD_ISSET(sClients[i],&fdRecv))

       {

              //sClients[i]仍然在fdRecv中，说明上面接收到了服务端发来的数据，调用recv获取数据

              char szRecvBuf[256];

              ZeroMemory(szRecvBuf,sizeof(szRecvBuf)/sizeof(char));

              int iRecvBytes = recv(sClients[i],szRecvBuf,256,0);

              printf("client [%i] recv data from server! data = %s\n",sClients[i],szRecvBuf);

              //特别注意！如果这里recv到数据长度为0，说明服务端已经关闭了这个链接

              if (iRecvBytes == 0)

              {

                     printf("server shut down the socket [%i]!\n",sClients[i]);

              }

       }

       else if (FD_ISSET(sClients[i],&fdSend))

       {

              //sClients[i]仍然在fdSend中，说明可以在这个SOCKET上向服务器发送数据了

              char szSendBuf[] = "Hello,I'm client!";

              send(sClients[i],szSendBuf,strlen(szSendBuf),0);

              printf("client [%i] send data!\n",sClients[i]);

       }

       else if (FD_ISSET(sClients[i],&fdExcept))

       {

              //sClients[i]仍然在fdExcept中，说明这个SOCKET出现了异常

              printf("client [%i] maybe except!\n",sClients[i]);

              //关闭这个链接

              closesocket(sClients[i]);

       }

}

然后用while(TRUE)不断的重复上面几个步骤，就可以达到同时处理多个SOCKET的目的了。

但是从上面的代码也可以看出，要完成select整个过程，需要两个for循环，就是不断的轮询，这样的工作机制显然无法同时处理太多的SOCKET。单线程中最多只能处理64个，如果想处理更多的SOCKET只能去维护一个线程池了，这个下一节再讲。

详细代码参见附件。