是否有任何平台在 fd_set（对于 select() 或 pselect()）上使用结构复制会导致问题？

Question

select() 和 pselect()系统调用修改它们的参数（“fd_set *”参数），因此输入值告诉系统要检查哪些文件描述符，返回值告诉程序员哪个文件描述符当前可用。

如果您要针对同一组文件描述符重复调用它们，则需要确保每次调用都有描述符的最新副本。最明显的方法是使用结构副本：（

fd_set ref_set_rd;
fd_set ref_set_wr;
fd_set ref_set_er;
...
...code to set the reference fd_set_xx values...
...
while (!done)
{
    fd_set act_set_rd = ref_set_rd;
    fd_set act_set_wr = ref_set_wr;
    fd_set act_set_er = ref_set_er;
    int bits_set = select(max_fd, &act_set_rd, &act_set_wr,
                          &act_set_er, &timeout);
    if (bits_set > 0)
    {
        ...process the output values of act_set_xx...
    }
 }

编辑以删除不正确的 struct fd_set 引用 - 正如“R..”所指出的。）

我的问题：

• 是否存在对所示的 fd_set 值进行结构复制不安全的平台？

我担心存在隐藏的内存分配或类似的意外情况。 （有宏/函数 FD_SET()、FD_CLR()、FD_ZERO() 和 FD_ISSET() 来屏蔽应用程序的内部结构。）

我可以看到 MacOS X (Darwin) 是安全的；因此，其他基于 BSD 的系统可能是安全的。您可以通过在答案中记录您知道安全的其他系统来提供帮助。

（我确实有点担心 fd_set 在处理超过 8192 个打开文件描述符时效果如何 - 默认的打开文件最大数量仅为 256，但最大数量是“无限制”。另外，由于结构为 1 KB，因此复制代码的效率并不高，但是在每个周期上运行文件描述符列表以重新创建输入掩码也不一定有效。也许您无法执行 select() 。 当你打开那么多文件描述符时，尽管那是你最有可能需要该功能的时候。）

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有一个相关的SO问题 - 询问'poll() vs select()' 它解决了与此问题不同的一组问题。

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请注意，在 MacOS X 上 - 大概还有更普遍的 BSD - 有一个 FD_COPY() 宏或函数，其有效原型为：

• extern void FD_COPY(const limit) fd_set *from，限制fd_set *to);。

可能值得在尚不可用的平台上进行模拟。

Answer 1

由于 struct fd_set 只是一个常规的 C 结构，因此应该没问题。我个人不喜欢通过 = 运算符进行结构复制，因为我工作过的许多平台无法访问正常的编译器内部函数集。在我的书中，显式使用 memcpy() 而不是让编译器插入函数调用是更好的方法。

来自 C 规范的 6.5.16.1 简单分配 部分（为了简洁起见，在此处进行了编辑）：

应满足以下条件之一：

...

• 左侧操作数具有与右侧类型兼容的结构或联合类型的限定或非限定版本；

...

在简单赋值 (=) 中，右操作数的值将转换为赋值表达式的类型，并替换存储在左操作数指定的对象中的值。

如果从与第一个对象的存储以任何方式重叠的另一个对象读取存储在对象中的值，则重叠应是精确的，并且两个对象应具有兼容类型的合格或不合格版本；否则，行为未定义。

所以，只要 struct fd_set 实际上是一个常规的 C struct，就一定会成功。但是，它确实取决于您的编译器发出某种代码来执行此操作，或者依赖于它用于结构分配的任何 memcpy() 内在函数。如果您的平台由于某种原因无法链接到编译器的内部库，则它可能无法工作。

如果打开的文件描述符数量多于struct fd_set 所能容纳的数量，您将不得不使用一些技巧。 linux 手册页 说：

fd_set 是一个固定大小的缓冲区。执行 FD_CLR() 或 FD_SET()，且 fd 值为负数或等于或大于 FD_SETSIZE code> 将导致未定义的行为。此外，POSIX 要求 fd 是有效的文件描述符。

如下所述，可能不值得付出努力来证明您的代码在所有系统上都是安全的。 FD_COPY() 就是为了这样的用途而提供的，并且大概总是保证：

FD_COPY(&fdset_orig, &fdset_copy) 将已分配的 &fdset_copy 文件描述符集替换为 &fdset_orig 的副本>.

Answer 2

首先，没有struct fd_set。它简称为fd_set。但是，POSIX 确实要求它是结构类型，因此复制是明确定义的。

其次，在标准 C 下，fd_set 对象无法包含动态分配的内存，因为在返回之前不需要使用任何函数/宏来释放它。即使编译器具有 alloca（基于堆栈分配的 pre-vla 扩展），fd_set 也无法使用堆栈上分配的内存，因为程序可能会传递指针到fd_set到另一个使用FD_SET的函数等，分配的内存一旦返回给调用者就不再有效。只有当 C 编译器为析构函数提供某种扩展时，fd_set 才能使用动态分配。

总之，仅分配/memcpy fd_set对象似乎是安全的，但可以肯定的是，我会做类似的事情：

#ifndef FD_COPY
#define FD_COPY(dest,src) memcpy((dest),(src),sizeof *(dest))
#endif

或者只是：然后

#ifndef FD_COPY
#define FD_COPY(dest,src) (*(dest)=*(src))
#endif

你将使用系统提供的 FD_COPY 宏（如果存在），并且仅在缺少时回退到理论上可能不安全的版本。

Answer 3

您是对的，POSIX 不保证复制 fd_set 必须“有效”。我个人不知道有什么地方没有，但我从来没有做过这个实验。

您可以使用 poll() 替代方案（也是 POSIX）。它的工作方式与 select() 非常相似，除了输入/输出参数不是不透明的（并且不包含指针，因此裸露的 memcpy 就可以工作），而且它的设计也完全消除了复制“请求的文件描述符”结构的需要（因为“请求的事件”和“返回的事件”存储在不同的字段中）。

您的猜测也是正确的，select()（和 poll()）对于大量文件描述符的扩展效果不是特别好 - 这是因为每次函数返回后，您必须循环遍历每个文件描述符以测试其上是否有活动。解决这个问题的方法是使用各种非标准接口（例如 Linux 的 epoll()、FreeBSD 的 kqueue），如果您发现有延迟，您可能需要研究一下这些接口问题。

Answer 4

我对 MacOS X、Linux、AIX、Solaris 和 HP-UX 做了一些研究，并得到了一些有趣的结果。我使用了以下程序：

#if __STDC_VERSION__ >= 199901L
#define _XOPEN_SOURCE 600
#else
#define _XOPEN_SOURCE 500
#endif /* __STDC_VERSION__ */

#ifdef SET_FD_SETSIZE
#define FD_SETSIZE SET_FD_SETSIZE
#endif

#ifdef USE_SYS_TIME_H
#include <sys/time.h>
#else
#include <sys/select.h>
#endif /* USE_SYS_TIME_H */

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    printf("FD_SETSIZE = %d; sizeof(fd_set) = %d\n", (int)FD_SETSIZE, (int)sizeof(fd_set));
    return 0;
}

它在每个平台上编译了两次：（

cc -o select select.c
cc -o select -DSET_FD_SETSIZE=16384

在一个平台 HP-UX 11.11 上，我必须添加 -DUSE_SYS_TIME_H 才能编译所有内容。）我单独对 FD_COPY 进行了目视检查 - 仅MacOS X 似乎包含它，并且必须通过确保未定义 _POSIX_C_SOURCE 或定义 _DARWIN_C_SOURCE 来激活它。

AIX 5.3

• 默认 FD_SETSIZE 为 65536
• FD_SETSIZE 参数可以调整大小
• 无 FD_COPY

HP-UX 11.11

• 无 标头 - 使用 相反
• 默认 FD_SETSIZE 为 2048
• FD_SETSIZE 参数可以调整大小
• 无 FD_COPY

HP-UX 11.23

• 有
• 默认 FD_SETSIZE 为 2048
• FD_SETSIZE 参数可以调整大小
• 无 FD_COPY

Linux（内核2.6.9、glibc 2.3.4)

• 默认 FD_SETSIZE 为 1024
• FD_SETSIZE 参数无法调整大小
• 无 FD_COPY

MacOS X 10.6.2

• 默认 FD_SETSIZE 为 1024
• FD_SETSIZE 参数可调整大小
• 如果严格符合 POSIX，则定义 FD_COPY未请求或如果指定 _DARWIN_C_SOURCE

Solaris 10 (SPARC)

• 对于 32 位，默认 FD_SETSIZE 为 1024，对于 64 位，默认 FD_SETSIZE 为 65536
• 可以调整 FD_SETSIZE 参数的大小
• 无 FD_COPY

显然，对程序进行了简单修改允许自动检查 FD_COPY：

#ifdef FD_COPY
    printf("FD_COPY is a macro\n");
#endif

找出如何确保它可用并不一定是微不足道的；您最终会进行手动扫描并找出如何触发它。

在所有这些机器上，看起来 fd_set 可以通过结构副本进行复制，而不会遇到未定义行为的风险。

Answer 5

我没有足够的代表将此作为评论添加到 caf 的答案中，但是有一些库可以抽象非标准接口，例如 epoll() 和 kqueue。 libevent 是其中之一，libev 是另一个。我认为 GLib 也有一个与其主循环相关的。