FSM有限状态机基础和linux select网络阻塞编程应用

有限状态机（Finite-state machine）是一个非常有用的模型，可以模拟世界上大部分事物。

简单说，它有三个特征：

　　* 状态总数（state）是有限的。
　　* 任一时刻，只处在一种状态之中。
　　* 某种条件下，会从一种状态转变（transition）到另一种状态。

状态机可归纳为4个要素，即现态、条件、动作、次态。“现态”和“条件”是因，“动作”和“次态”是果。详解如下：

①现态：是指当前所处的状态。

②条件：又称为“事件”。当一个条件被满足，将会触发一个动作，或者执行一次状态的迁移。

③动作：条件满足后执行的动作。动作执行完毕后，可以迁移到新的状态，也可以仍旧保持原状态。动作不是必需的，当条件满足后，也可以不执行任何动作，直接迁移到新状态。

④次态：条件满足后要迁往的新状态。“次态”是相对于“现态”而言的，“次态”一旦被激活，就转变成新的“现态”了。

假设项目状态包括：

NOT_PRESENT:

OFFLINE: 

POWER:

INIT:

BOOT:

SYNC:

RUN:

FAIL:

事件包括：

TIMEOUT:

DETECT:

CMD_START:

CMD_NETBOOT:

CMD_STOP:

CMD_RESET:

REMOVE:

BOARD_START:

BOARD_READY:

FAILURE:

主系统首先开启一个定时器，主要功能：定时检测系统内所有子系统的插拔(Present/Not_Present)变化，主要看各子系统是否被插入系统，或者是从系统中移除，然后将此DETECT事件分发给个子系统状态机，这个定时器为2ms.

对于每一个子系统，系统启动一个定时器，这个定时器主要是发起一个TIMEOUT事件，让子系统状态机根据此事件开始运转到相应的状态，比如子系统在POWER status状态下收到TIMEOUT事件，将会根据状态机运转逻辑切换到下一个状态INIT. 当然，如果这个时候，主系统queue里有没有执行完的message, 系统就会让子系统定时器开启，继续等待message执行完，而不是直接发起一个TIMEOUT事件。timeout时间也是2ms.

接下来，主系统为每个子系统创建一个状态机，包括主系统自己，也安排一个状态机，使得每个系统独立运行，初始状态设定为NOT_PRESENT.

然后在主循环while(1)里：

1. 查看Message queue里是否有未执行完的msg, 如果有，先执行message queue里面的message

2. 等待一段时间到这个heartbeat过完，然后在检查一下是否所有message都执行完了，如果没有，继续执行，直到message全部执行完；

3. 接下来就是等待message或者直到状态机timeout，这个逻辑可以用select来实现，当有message过来是，立马返回执行，如果没有message过来，就阻塞等待直到timeout. select timeout 时间为100ms.

主系统对子系统的监控有：

1. 主系统在FSM每一个“网络alive”的状态(包括：SYNC, RUN)的timeout callback中去ping子系统，看是否子系统alive，如果累计时间超过300s 是not alive的状态，就直接发起一个FAILURE事件，将子系统置于fail状态；

2. 通过直接cmdline对子系统进行操作控制。

3. 定时器监控子系统插拔状态。

本系统的输入事件有两种：

1. 定时器：定时器超时，会去查找一下子系统状态，如果有变化，就会发起一个detect事件

2. 系统消息：主系统接收各主系统消息，如果有系统关系system manager 类的消息，就会执行相关消息的Handler, 这个handler里面就可能执行这个状态之间的切换事件函数。

select()函数基础：

Select在Socket编程中还是比较重要的，可是对于初学Socket的人来说都不太爱用Select写程序，他们只是习惯写诸如connect、accept、recv或recvfrom这样的阻塞程序（所谓阻塞方式block，顾名思义，就是进程或是线程执行到这些函数时必须等待某个事件的发生，如果事件没有发生，进程或线程就被阻塞，函数不能立即返回）。可是使用Select就可以完成非阻塞（所谓非阻塞方式non-block，就是进程或线程执行此函数时不必非要等待事件的发生，一旦执行肯定返回，以返回值的不同来反映函数的执行情况，如果事件发生则与阻塞方式相同，若事件没有发生则返回一个代码来告知事件未发生，而进程或线程继续执行，所以效率较高）方式工作的程序，它能够监视我们需要监视的文件描述符的变化情况——读写或是异常。下面详细介绍一下！ 

Select的函数格式(我所说的是Unix系统下的伯克利socket编程，和windows下的有区别，一会儿说明)： 

int select(int maxfdp,fd_set *readfds,fd_set *writefds,fd_set *errorfds,struct timeval *timeout); 

先说明两个结构体： 

第一，struct fd_set可以理解为一个集合，这个集合中存放的是文件描述符(file descriptor)，即文件句柄，这可以是我们所说的普通意义的文件，当然Unix下任何设备、管道、FIFO等都是文件形式，全部包括在内，所以毫无疑问一个socket就是一个文件，socket句柄就是一个文件描述符。fd_set集合可以通过一些宏由人为来操作，比如清空集合FD_ZERO(fd_set *)，将一个给定的文件描述符加入集合之中FD_SET(int ,fd_set *)，将一个给定的文件描述符从集合中删除FD_CLR(int ,fd_set*)，检查集合中指定的文件描述符是否可以读写FD_ISSET(int ,fd_set* )。一会儿举例说明。 

第二，struct timeval是一个大家常用的结构，用来代表时间值，有两个成员，一个是秒数，另一个是毫秒数。 

具体解释select的参数： 

int maxfdp是一个整数值，是指集合中所有文件描述符的范围，即所有文件描述符的最大值加1，不能错！在Windows中这个参数的值无所谓，可以设置不正确。 

fd_set *readfds是指向fd_set结构的指针，这个集合中应该包括文件描述符，我们是要监视这些文件描述符的读变化的，即我们关心是否可以从这些文件中读取数据了，如果这个集合中有一个文件可读，select就会返回一个大于0的值，表示有文件可读，如果没有可读的文件，则根据timeout参数再判断是否超时，若超出timeout的时间，select返回0，若发生错误返回负值。可以传入NULL值，表示不关心任何文件的读变化。 

fd_set *writefds是指向fd_set结构的指针，这个集合中应该包括文件描述符，我们是要监视这些文件描述符的写变化的，即我们关心是否可以向这些文件中写入数据了，如果这个集合中有一个文件可写，select就会返回一个大于0的值，表示有文件可写，如果没有可写的文件，则根据timeout参数再判断是否超时，若超出timeout的时间，select返回0，若发生错误返回负值。可以传入NULL值，表示不关心任何文件的写变化。 

fd_set *errorfds同上面两个参数的意图，用来监视文件错误异常。 

struct timeval* timeout是select的超时时间，这个参数至关重要，它可以使select处于三种状态，第一，若将NULL以形参传入，即不传入时间结构，就是将select置于阻塞状态，一定等到监视文件描述符集合中某个文件描述符发生变化为止；第二，若将时间值设为0秒0毫秒，就变成一个纯粹的非阻塞函数，不管文件描述符是否有变化，都立刻返回继续执行，文件无变化返回0，有变化返回一个正值；第三，timeout的值大于0，这就是等待的超时时间，即select在timeout时间内阻塞，超时时间之内有事件到来就返回了，否则在超时后不管怎样一定返回，返回值同上述。 

返回值： 

负值：select错误 正值：某些文件可读写或出错 0：等待超时，没有可读写或错误的文件