select模块

Python标准库中的select模块，这个模块提供了select函数，它能够监视文件描述符，等待它们变得“就绪”（即可读、可写或发生异常）。这在处理I/O、网络通信或异步操作时非常有用。

select模块的基本使用

导入模块

import select

监听文件描述符

# 创建文件描述符列表
read_fds, write_fds, err_fds = select.select(inputs, outputs, exceptions, timeout)

• inputs: 等待读就绪的文件描述符列表。
• outputs: 等待写就绪的文件描述符列表。
• exceptions: 等待异常的文件描述符列表。
• timeout: 超时时间。

示例

import select
import socket
# 创建socket对象
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
server_socket.bind(('0.0.0.0', 8080))
server_socket.listen()
# 设置为非阻塞模式
server_socket.setblocking(0)
# 准备好读取的列表
inputs = [server_socket]
while True:
    # 使用select监听
    readable, writable, exceptional = select.select(inputs, [], [])
    for s in readable:
        if s is server_socket:
            # 处理新的连接
            connection, client_address = s.accept()
            print("新连接来自", client_address)
            connection.setblocking(0)
            inputs.append(connection)
        else:
            # 处理客户端数据
            data = s.recv(1024)
            if data:
                print("收到数据：", data)
            else:
                # 没有数据表示客户端断开
                print("关闭连接")
                inputs.remove(s)
                s.close()

这个示例创建了一个简单的TCP服务器，它使用select来同时处理多个连接。

Python 的 socket 模块通过使用 select 或 poll 系统调用来实现超时判断。这些系统调用允许程序在等待某个文件描述符（例如，socket）的状态变化时指定一个超时值。如果在指定的超时值内没有发生状态变化，系统调用将返回并触发超时异常。以下是这两个系统调用的工作原理和实现方式：

select 系统调用

select 系统调用允许程序监视多个文件描述符，等待它们变为可读、可写或发生异常。select 接受三个文件描述符集和一个超时值作为参数，并在文件描述符状态发生变化或超时后返回。

poll 系统调用

poll 系统调用与 select 类似，但更灵活和高效。它使用一个包含文件描述符及其感兴趣事件的数组，而不是三个独立的文件描述符集。poll 也支持更大的文件描述符数量。

实现原理

在 Python 中，socket 模块通过 _socket 模块和 selectors 模块来使用这些系统调用。以下是一个简化的示例，展示了如何使用 select 来实现超时：

import socket
import select

# 创建一个 socket 对象
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 设置非阻塞模式
s.setblocking(0)

# 设置超时（以秒为单位）
timeout = 5

# 连接到服务器（注意：此处会立即返回，因为 socket 是非阻塞的）
server_address = ('example.com', 80)
s.connect_ex(server_address)

# 使用 select 监视 socket 的可写性（表示连接已建立）
ready = select.select([], [s], [], timeout)

if ready[1]:
    print("Connection established")
else:
    print("Connection timed out")

# 发送一个请求
request = b"GET / HTTP/1.1\r\nHost: example.com\r\n\r\n"
s.sendall(request)

# 使用 select 监视 socket 的可读性（表示有响应数据可读）
ready = select.select([s], [], [], timeout)

if ready[0]:
    response = s.recv(4096)
    print("Response received")
    print(response.decode('utf-8'))
else:
    print("Receiving response timed out")

# 关闭 socket
s.close()

在这个示例中：

1. 创建和配置 socket：

   • 创建一个 TCP socket，并将其设置为非阻塞模式，以便 connect_ex 调用不会阻塞程序执行。

2. 连接到服务器：

   • 使用 connect_ex 方法发起连接请求。由于 socket 是非阻塞的，这个调用会立即返回。

3. 使用 select 监视连接状态：

   • 使用 select 函数监视 socket 的可写性（表示连接已建立）。如果在指定的超时时间内 socket 变为可写，连接成功；否则，连接超时。

4. 发送请求和接收响应：

   • 发送请求数据后，再次使用 select 监视 socket 的可读性（表示有数据可读）。如果在指定的超时时间内 socket 变为可读，读取响应数据；否则，接收超时。

通过这种方式，Python 的 socket 模块利用 select 和 poll 系统调用实现了对网络操作的超时判断和处理。