如何发出信号 select() 立即返回？答案

【问题标题】：How to signal select() to return immediately?如何发出信号 select() 立即返回？
【发布时间】：2010-09-27 22:00:02
【问题描述】：

我有一个工作线程正在侦听 TCP 套接字以获取传入流量，并缓冲接收到的数据以供主线程访问（我们将此套接字称为 A）。但是，工作线程也必须做一些常规操作（比如每秒一次），即使没有数据进来。因此，我使用带有超时的select()，这样我就不需要继续轮询. （请注意，在非阻塞套接字上调用receive() 然后休眠一秒钟是不好的：传入的数据应该立即可用于主线程，即使主线程可能并不总是能够立即处理它，因此需要缓冲。）

现在，我还需要能够立即向工作线程发出信号以执行其他操作；从主线程，我需要让工作线程的select() 立即返回。目前，我已经解决了这个问题（基本上采用here和here的方法）：

在程序启动时，工作线程为此目的创建一个额外的数据报 (UDP) 类型的套接字，并将其绑定到某个随机端口（我们称之为套接字B）。同样，主线程创建一个用于发送的数据报套接字。在对select() 的调用中，工作线程现在在fd_set 中列出了A 和B。当主线程需要发信号时，它sendto() 的几个字节到localhost 上的相应端口。回到工作线程，如果在select() 返回后B 仍留在fd_set 中，则调用recvfrom() 并简单地忽略接收到的字节。

这似乎工作得很好，但我不能说我喜欢这个解决方案，主要是因为它需要为 B 绑定一个额外的端口，还因为它添加了几个额外的套接字 API 调用我猜可能会失败——而且我真的不想为每种情况找出适当的行动。

我认为理想情况下，我想调用一些以 A 作为输入的函数，除了让select() 立即返回之外什么都不做。但是，我不知道这样的功能。（我想我可以使用例如shutdown() 套接字，但副作用是不能接受的：）

如果这不可能，第二好的选择是创建一个 B，它比真正的 UDP 套接字更笨，并且不需要分配任何有限的资源（超出合理的数量）内存）。我猜Unix domain sockets 会做到这一点，但是：该解决方案不应该比我目前拥有的跨平台少得多，尽管一些适量的#ifdef 东西很好。（我主要针对 Windows 和 Linux ——顺便写一下 C++。）

请不要建议重构以摆脱两个单独的线程。这种设计是必要的，因为主线程可能会被阻塞很长时间（例如，做一些密集的计算——我不能从最里面的计算循环开始定期调用receive()），同时，有人需要缓冲传入的数据（由于我无法控制的原因，它不能是发送者）。

现在我正在写这篇文章，我意识到肯定有人会简单地回复“Boost.Asio”，所以我只是第一次看到它......但找不到明显的解决方案。请注意，我也不能（轻松）影响套接字 A 的创建方式，但如果需要，我应该能够让其他对象包装它。

【问题讨论】：

标签： c multithreading select sockets

【解决方案1】：

你快到了。使用"self-pipe" trick。打开一个管道，将它添加到您的select() 读写fd_set，从主线程写入它以解除阻塞工作线程。它可以跨 POSIX 系统移植。

我在一个系统中看到了一种类似的 Windows 技术变体（实际上与上述方法一起使用，以#ifdef WIN32 分隔）。可以通过向fd_set 添加一个虚拟（未绑定）数据报套接字然后关闭它来实现解除阻塞。当然，缺点是每次都必须重新打开它。

但是，在上述系统中，这两种方法都很少使用，并且用于意外事件（例如，信号、终止请求）。首选方法仍然是对select() 的可变超时，具体取决于为工作线程安排的时间。

【讨论】：

谢谢，但正如问题中所指出的，最终的解决方案也应该在 Windows 中工作。
好的，感谢 Windows 的建议。知道在实践中重新开放有多昂贵吗？
感谢 Checkers，创建和关闭（非绑定）套接字似乎确实工作得很好。
我没有任何确切的数字，但是由于您是为 Windows 编写的，它几乎总是意味着桌面，这意味着成本应该可以忽略不计。
在 Windows 下，您也可以只保持 UDP 套接字打开并向其发送数据包以使 select() 在该套接字上返回准备好读取，或者您可以创建一对 TCP 套接字彼此连接并在其中一个上发送一个字节，而select() 正在监视另一个。

【解决方案2】：

使用管道而不是套接字更干净一些，因为其他进程不可能抓住它并搞砸事情。

使用 UDP 套接字肯定会产生杂散数据包进入和干扰的可能性。

匿名管道将永远不可用于任何其他进程（除非您将其提供给它）。

您也可以使用信号，但在多线程程序中，您需要确保除您想要的线程之外的所有线程都屏蔽了该信号。

【讨论】：

【解决方案3】：

在 unix 上，使用管道会很简单。如果您在 Windows 上并希望继续使用 select 语句来保持您的代码与 unix 兼容，那么创建一个未绑定的 UDP 套接字并关闭它的技巧非常简单。但是你必须使它成为多线程安全的。

我发现使这种多线程安全的唯一方法是在运行 select 语句的同一线程中关闭并重新创建套接字。当然，如果线程在选择上阻塞，这很困难。然后在windows中调用QueueUserAPC。当 windows 在 select 语句中阻塞时，线程可以处理异步过程调用。您可以使用 QueueUserAPC 从不同的线程安排此操作。 Windows 中断选择，在同一个线程中执行您的函数，然后继续选择语句。您现在可以在您的 APC 方法中关闭套接字并重新创建它。保证线程安全，您永远不会丢失信号。

【讨论】：

【解决方案4】：

简单来说：一个全局变量保存套接字句柄，然后关闭全局套接字，select() 将立即返回：closesocket(g_socket);

【讨论】：