О чём не пишут в книгах по Delphi

Для сокетов, входящих в множество writefds, готовность означает, что сокет соединен, а в его выходном буфере есть свободное место. (До сих пор мы обсуждали только блокирующие сокеты, для которых успешное завершение функции connect автоматически означает, что сокет соединен. Далее мы познакомимся с неблокирующими сокетами, для которых нужно вызвать функцию select, чтобы понять, установлено ли соединение.) Наличие свободного места в буфере не гарантирует того, что функции send или sendto не будут блокировать вызвавшую их нить, т.к. программа может попытаться передать больший объем информации, чем размер свободного места в буфере на момент вызова функции. В этом случае функции send и sendto вернут управление вызвавшей их нити только после того, как часть данных будет отправлена, и в буфере сокета освободится достаточно места.

Следует отметить, что большинство протоколов обмена устроено таким образом, что при их реализации проблема переполнения выходного буфера практически никогда не возникает. Чаще всего клиент и сервер обмениваются небольшими пакетами, причем сервер посылает клиенту только ответы на его запросы, а клиент не посылает новый запрос до тех пор. пока не получит ответ на предыдущий. В этом случае гарантируется, что пакеты будут уходить о выходного буфера быстрее (или, по крайней мере, не медленнее), чем программа будет их туда помещать. Поэтому заботиться о том, чтобы в выходном буфере было место, приходится достаточно редко.

И наконец, последнее множество exceptfds. Для сокетов, входящих в это множество, состояние готовности означает либо неудачу попытки соединения для неблокирующего сокета, либо получение высокоприоритетных данных (out-of-band data). В этой книге мы не будем детально рассматривать отправку и получение высокоприоритетных данных. Те, кому это понадобится, легко разберутся с этим вопросом по MSDN.

Функция select возвращает общее количество сокетов, находящихся в состоянии готовности. Если функция завершила работу по тайм-ауту, возвращается 0. Множества readfds, writefds и exceptfds модифицируются функцией: в них остаются только те сокеты, которые находятся в состоянии готовности. При вызове функции любые два из этих трех указателей могут быть равны nil, если программу не интересует готовность сокетов по соответствующим критериям. Один и тот же сокет может входить в несколько множеств.

В листинге 2.23 приведен пример кода TCP-сервера, взаимодействующего с несколькими клиентами в рамках одной нити и работающего по простой схеме "запрос-ответ".

Листинг 2.23. Пример сервера, использующего select

var
 Sockets: array of TSocket;
 Addr: TSockAddr;
 Data: TWSAData;
 Len, I, J: Integer;
 FDSet: TFDSet;
begin
 WSAStartup($101, Data);
 SetLength(Sockets, 1);
 Sockets[0] := socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
 Addr.sin_family := AF_INET;
 Addr.sin_port := htons(5514);
 Addr.sin_addr.S_addr := INADDR_ANY;
 FillChar(Addr.sin_zero, SizeOf(Addr.sin_zero), 0);
 bind(Sockets[0], Addr, SizeOf(TSockAddr));
 listen(Sockets[0], SCMAXCONN);
 while True do
 begin
 // 1. Формирование множества сокетов
 FD_ZERO(FDSet);
 for I := 0 to High(Sockets) do FDSET(Sockets[1], FDSet);
 // 2. Проверка готовности сокетов
 select(0, @FDSet, nil, nil, nil);
 // 3. Чтение запросов клиентов тех сокетов, которые готовы к этому
 I := 1;
 while I <= High(Sockets) do
 begin
 if FD_ISSET(Sockets[I], FDSet) then if recv(Sockets[I], ...) <= 0 then
 begin
 // Связь разорвана, нужно закрыть сокет
// и удалить его из массива
 closesocket(Sockets[I]);
 for J := I to High(Sockets) - 1 do Sockets[J] := Sockets[J + 1];
 Dec(I);
 SetLength(Sockets, Length(Sockets) -1);
 end
 else
 begin
 // Получены данные от клиента, нужно ответить
 send(Sockets[I], ...);
 end;
 Inc(I);
 end;
 // 4. Проверка подключения нового клиента
 if FD_ISSET(Sockets[0], FDSet) then
 begin
 // Подключился новый клиент
 SetLength(Sockets, Length(Sockets) + 1);
 Len := SizeOf(TSockAddr);
 Sockets[High(Sockets)] := accept(Sockets[0], @Addr, @Len)
 end;
 end;
end;

Как и в предыдущих примерах, код для краткости не содержит проверок успешности завершения функций. Еще раз напоминаем, что в реальном коде такие проверки необходимы.

Теперь разберем программу по шагам. Создание сокета, привязка к адресу и перевод в режим ожидания подключений вам уже знакомы, поэтому мы на них останавливаться не будем. Отметим только, что вместо переменной типа TSocket мы формируем динамический массив этого типа, длина которого сначала устанавливается равной одному элементу, и этот единственный элемент и содержит дескриптор созданного сокета. В дальнейшем мы будем добавлять в этот массив сокеты, создающиеся в результате выполнения функции accept. После перевода сокета в режим ожидания подключения начинается бесконечный цикл, состоящий из четырех шагов.

На первом шаге цикла создаётся множество сокетов, в которое добавляются все сокеты, содержащиеся в массиве. В этом месте в примере пропущена важная проверка того, что сокетов в массиве не больше 64-х. Если их будет больше, то попытки добавить лишние сокеты в множество будут проигнорированы функцией FD_SET и, соответственно, эти сокеты выпадут из дальнейшего рассмотрения, т.е. даже если клиент что-то пришлет, сервер этого не увидит. Решить проблему можно тремя способами. Самый простой — это отказывать в подключении лишним клиентам. Для этого сразу после вызова accept нужно вызывать для нового сокета closesocket. Второй способ — это увеличение количества сокетов в множестве, как это было описано ранее. В этом случае все равно остается та же проблема, хотя если сделать число сокетов в множестве достаточно большим, она практически исчезает. И наконец, можно разделить сокеты на несколько порций, для каждой из которых вызывать select отдельно. Это потребует усложнения примера, потому что сейчас в функции select мы используем бесконечное ожидание. При разбиении сокетов на порции это может привести к тому, что из-за отсутствия готовых сокетов в первой порции программа не сможет перейти к проверке второй порции, в которой готовые сокеты, может быть, есть. Пример разделения сокетов на порции будет рассмотрен в следующем разделе.

При создании множества оно сначала очищается, а потом в него в цикле добавляются сокеты. Для любителей кратких решений есть существенно более быстрый способ формирования множества, при котором не потребуются ни циклы, ни FD_ZERO, ни FD_SET:

Move((PChar(Sockets) - 4)^, FDSet, Length(Sockets) * SizeOf(TSocket) + SizeOf(Integer));

Почему такая конструкция будет работать, предлагаем разобраться самостоятельно, изучив по справке Delphi, как хранятся в памяти динамические массивы, а по MSDN — структуру типа FDSET. Тем же, кто по каким-то причинам не захочет разбираться, настоятельно рекомендуем никогда и ни при каких обстоятельствах не использовать такую конструкцию, потому что в неумелых руках она превращается в мину замедленного действия, из-за которой ошибки могут появиться в самых неожиданных местах программы.