О чём не пишут в книгах по Delphi - А. Григорьев

В Windows максимальное количество сокетов, которое может содержать в себе множество TFDSet, определяется значением константы FD_SETSIZE. По умолчанию ее значение равно 64. В C/C++ отсутствует раздельная компиляция модулей в том смысле, в котором она существует в Delphi, поэтому модуль в этих языках может поменять значение константы FD_SETSIZE перед включением заголовочного файла библиотеки сокетов, и это изменение приведёт к изменению внутренней структуры типа TFDSet (точнее, типа FDSet — в C/C++ он называется так). К счастью, в Delphi модули надежно защищены от подобного влияния друг на друга, поэтому как бы мы ни переопределяли константу FD_SETSIZE в своем модуле, на модуле WinSock это никак не отразится. В Delphi приходится прибегать к другому способу изменения количества сокетов в множестве: для этого следует определить свой тип, эквивалентный по структуре TFDSet, но резервирующий иное количество памяти для хранения сокетов (структуру TFDSet можно узнать из исходного кода модуля WinSock). В функцию select можно передавать указатели на структуры нового типа, необходимо только приведение типов указателей. А вот существующие функции FD_XXX, к сожалению, не смогут работать с новой структурой, потому что компилятор требует строгого соответствия типов для параметров-переменных. Но, опять же, при необходимости очень легко создать аналоги этих функций для своей структуры.

На первый взгляд может показаться, что Delphi в данном случае хуже, чем C/C++. Но достаточно хотя бы раз столкнуться с ошибкой, вызванной взаимным влиянием макроопределений в модулях C/C++, чтобы понять, что уж лучше написать несколько лишних строк кода, лишь бы никогда больше не иметь таких проблем.

Последний параметр функции select содержит указатель на структуру TTimeVal, которая описывается следующим образом:

TTimeVal = record

 tv_sec: LongInt;

 tv_usec: LongInt;

end;

Эта структура служит для задания времени ожидания. Поле tv_sec содержит число полных секунд в этом интервале, поле tv_usec — число микросекунд. Так, чтобы задать интервал ожидания, равный 1,5 с, нужно присвоить полю tv_sec значение 1, а полю tv_usec — значение 500 000. Параметр timeout функции select должен содержать указатель на заполненную подобным образом структуру, определяющую, сколько времени функция будет ожидать, пока хотя бы один из сокетов не будет готов к требуемой операции. Если этот указатель равен nil, ожидание будет бесконечным.

Мы потратили достаточно много времени, выясняя структуру параметров функции select. Теперь, наконец-то, можно перейти к описанию того, зачем она нужна и какой смысл несет каждый из ее параметров.

Функция select позволяет дождаться, когда хотя бы один из сокетов, переданный в одном из множеств, будет готов к выполнению той или иной операции. Какой именно операции, определяется тем, в какое из трех множеств входит сокет. Для сокетов, входящих в множество readfds, готовность означает, что функции recv или recvfrom будут выполнены без блокирования. В случае UDP это означает, что во входном буфере сокета есть данные, которые можно прочитать. При использовании TCP функции recv и recvfrom могут быть выполнены без задержки еще в двух случаях: когда партнер закрыл соединение (в этом случае функции вернут 0), а также когда соединение некорректно разорвано (в этом случае функции вернут SOCKET_ERROR). Кроме того, если сокет, включенный в множество readfds, находится в состоянии ожидания соединения (в которое он переведен с помощью функции listen), то для него состояние готовности означает, что очередь соединений не пуста и функция accept будет выполнена без задержек.

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".

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.