select实现非阻塞网络通信与fd-set详解

资源摘要信息:"多路转接之select(fd-set介绍,参数详细介绍),实现非阻塞式网络通信" 一、select概述 select是一种多路转接的技术，主要用途是在单个线程中同时监视多个文件描述符（file descriptor，简称fd）的可读、可写和异常状态变化。它能够在一定时间内阻塞，直到某个或某些文件描述符的状态变为可读、可写或异常等指定条件为止，从而避免了使用多线程或进程来实现网络通信。 二、fd-set介绍 fd-set（文件描述符集）是select函数的核心参数，用来指定需要监视的文件描述符集合。在select的上下文中，fd-set通常被定义为一个固定大小的整数数组，每个数组元素都是一个位掩码，代表一个特定的文件描述符是否被选中。为了操作fd-set，通常会使用以下几个宏： 1. FD_ZERO(fd-set)：初始化一个fd-set，将所有位清零。 2. FD_SET(fd, fd-set)：将指定的文件描述符fd加入到fd-set中。 3. FD_CLR(fd, fd-set)：从fd-set中移除文件描述符fd。 4. FD_ISSET(fd, fd-set)：检查文件描述符fd是否被包含在fd-set中，返回非0值表示包含，0则表示不包含。 三、select参数详细介绍 select函数的原型如下所示： ```c #include <sys/select.h> #include <sys/time.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h> int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout); ``` 各个参数的作用是： 1. nfds：这是一个整数值，用于告诉内核监视多少个文件描述符。通常设置为所有fd集合中最大的那个fd值加1。 2. readfds：指向fd-set的指针，监视这些文件描述符是否可读。 3. writefds：指向fd-set的指针，监视这些文件描述符是否可写。 4. exceptfds：指向fd-set的指针，监视这些文件描述符是否发生异常。 5. timeout：是一个指向timeval结构体的指针，用于设置select的等待时间。如果为NULL，表示select将无限期地阻塞，直到至少有一个文件描述符满足条件。 四、实现非阻塞式网络通信 使用select可以实现非阻塞式网络通信的原理是，我们可以对套接字文件描述符进行设置，使其非阻塞，并通过select监视这个文件描述符，当它可读或可写时，select返回，这时我们可以进行读写操作而不需要阻塞等待。 非阻塞模式设置方法是在套接字上使用fcntl函数，将其文件状态标志设置为O_NONBLOCK。 ```c int flags = fcntl(sockfd, F_GETFL, 0); fcntl(sockfd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK); ``` 通过这种方式，我们就可以利用select函数来处理多个非阻塞套接字，实现非阻塞式网络通信。当select返回时，我们可以检查哪些套接字就绪，然后执行相应的读写操作。这样既可以避免了多个线程/进程的开销，又能实现高效和响应的应用程序。 五、select的局限性 尽管select提供了便利的多路转接能力，但它也有局限性： 1. 虽然理论上可以监视的文件描述符数量很大，但实际上受FD_SETSIZE宏定义的限制，默认通常为1024。 2. 每次调用select时，都需要重新构造fd-set，这个操作是O(n)复杂度，如果监视的文件描述符较多，开销较大。 3. 对于大量的文件描述符监视，select可能效率不高，特别是当活跃的套接字数量很少时。 六、select的替代技术 针对select的局限性，UNIX提供了更为高效的替代技术，如poll和epoll（仅在Linux系统上可用）。这些技术提供了更好的性能和更灵活的文件描述符管理机制，适用于处理大量并发连接的场景。 通过上述详细说明，我们可以看到select是一个强大且灵活的多路转接技术，它能够在单个线程内有效地监视多个文件描述符的状态变化。虽然存在一些局限性，但select在许多网络编程场合中依然是一个值得信赖的工具。