linux下网络编程设置非阻塞,UNIX网络编程 非阻塞connect的实现
一、《UNIX網(wǎng)絡(luò)編程》-非阻塞connect
在一個TCP套接口被設(shè)置為非阻塞之后調(diào)用connect,connect會立即返回EINPROGRESS錯誤,表示連接操作正在進(jìn)行中,但是仍未完成;同時TCP的三路握手操作繼續(xù)進(jìn)行;在這之后,我們可以調(diào)用select來檢查這個鏈接是否建立成功;
非阻塞connect有三種用途:
1.我們可以在三路握手的同時做一些其它的處理.connect操作要花一個往返時間完成,而且可以是在任何地方,從幾個毫秒的局域網(wǎng)到幾百毫秒或幾秒的廣域網(wǎng).在這段時間內(nèi)我們可能有一些其他的處理想要執(zhí)行;
2.可以用這種技術(shù)同時建立多個連接.在Web瀏覽器中很普遍;
3.由于我們使用select來等待連接的完成,因此我們可以給select設(shè)置一個時間限制,從而縮短connect的超時時間.在大多數(shù)實現(xiàn)中,connect的超時時間在75秒到幾分鐘之間.有時候應(yīng)用程序想要一個更短的超時時間,使用非阻塞connect就是一種方法;
非阻塞connect聽起來雖然簡單,但是仍然有一些細(xì)節(jié)問題要處理:
1.即使套接口是非阻塞的,如果連接的服務(wù)器在同一臺主機上,那么在調(diào)用connect建立連接時,連接通常會立即建立成功.我們必須處理這種情況;
2.源自Berkeley的實現(xiàn)(和Posix.1g)有兩條與select和非阻塞IO相關(guān)的規(guī)則:
A:當(dāng)連接建立成功時,套接口描述符變成可寫;
B:當(dāng)連接出錯時,套接口描述符變成既可讀又可寫;
注意:當(dāng)一個套接口出錯時,它會被select調(diào)用標(biāo)記為既可讀又可寫;
當(dāng)發(fā)現(xiàn)套接口描述符可讀或可寫時，可進(jìn)一步判斷是連接成功還是出錯。這里必須將B)和另外一種連接正常的情況區(qū)分開，就是連接建立好了之后，服務(wù)器端發(fā)送了數(shù)據(jù)給客戶端，此時select同樣會返回非阻塞socket描述符既可讀又可寫。
因此，僅從socket可讀或可寫無法判斷socket連接的狀態(tài)。
非阻塞connect有這么多好處,但是處理非阻塞connect時會遇到很多可移植性問題;
在處理非阻塞connect時,在不同的套接口實現(xiàn)的平臺中存在的移植性問題,首先,有可能在調(diào)用select之前,連接就已經(jīng)建立成功,而且對方的數(shù)據(jù)已經(jīng)到來.在這種情況下,連接成功時套接口將既可讀又可寫.這和連接失敗時是一樣的.這個時候我們還得通過getsockopt來讀取錯誤值;這是第二個可移植性問題;
移植性問題總結(jié):
1.對于出錯的套接口描述符,getsockopt的返回值源自Berkeley的實現(xiàn)是返回0,待處理的錯誤值存儲在errno中;而源自Solaris的實現(xiàn)是返回0,待處理的錯誤存儲在errno中;(套接口描述符出錯時調(diào)用getsockopt的返回值不可移植)
2.有可能在調(diào)用select之前,連接就已經(jīng)建立成功,而且對方的數(shù)據(jù)已經(jīng)到來,在這種情況下,套接口描述符是既可讀又可寫;這與套接口描述符出錯時是一樣的;(怎樣判斷連接是否建立成功的條件不可移植)
這樣的話,在我們判斷連接是否建立成功的條件不唯一時,我們可以有以下的方法來解決這個問題:
1.調(diào)用getpeername代替getsockopt.如果調(diào)用getpeername失敗,getpeername返回ENOTCONN,表示連接建立失敗,我們必須以SO_ERROR調(diào)用getsockopt得到套接口描述符上的待處理錯誤; 此為《Unix Network Programming》一書中提供的方法，該方法在Linux環(huán)境上測試，發(fā)現(xiàn)是無效的
2.調(diào)用read,讀取長度為0字節(jié)的數(shù)據(jù).如果read調(diào)用失敗,則表示連接建立失敗,而且read返回的errno指明了連接失敗的原因.如果連接建立成功,read應(yīng)該返回0;
3.再調(diào)用一次connect.它應(yīng)該失敗,如果錯誤errno是EISCONN,就表示套接口已經(jīng)建立,而且第一次連接是成功的;否則,連接就是失敗的;
被中斷的connect(這是說明使用非阻塞connect的必要性):
如果在一個阻塞式套接口上調(diào)用connect,在TCP的三路握手操作完成之前被中斷了,比如說,被捕獲的信號中斷,將會發(fā)生什么呢?假定connect不會自動重啟,它將返回EINTR.那么,這個時候,我們就不能再調(diào)用connect等待連接建立完成了,如果再次調(diào)用connect來等待連接建立完成的話,connect將會返回錯誤值EADDRINUSE.在這種情況下,應(yīng)該做的是調(diào)用select,就像在非阻塞式connect中所做的一樣.然后,select在連接建立成功(使套接口描述符可寫)或連接建立失敗(使套接口描述符既可讀又可寫)時返回。
上述是書中的內(nèi)容。
二、非阻塞connect的實現(xiàn)
在一個TCP套接口設(shè)置為非阻塞后，調(diào)用connect，connect會在系統(tǒng)提供的errno變量中返回一個EINRPOCESS錯誤，此時TCP的三路握手繼續(xù)進(jìn)行。之后可以用select函數(shù)檢查這個連接是否建立成功。以下實驗基于unix網(wǎng)絡(luò)編程和網(wǎng)絡(luò)上給出的普遍示例，在經(jīng)過大量測試之后，發(fā)現(xiàn)其中有很多方法，在linux中，并不適用。
我先給出了重要源碼的逐步分析，在最后給出完整的connect非阻塞源碼。
1.首先填寫套接字結(jié)構(gòu)，包括遠(yuǎn)程的ip，通信端口如下： */
struct sockaddr_in serv_addr;
serv_addr.sin_family=AF_INET;
serv_addr.sin_port=htons(9999);
serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("58.31.231.255"); //inet_addr轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序
bzero(&(serv_addr.sin_zero),8);
// 2.建立socket套接字：
if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
{
perror("socket creat error");
return 1;
}
// 3.將socket建立為非阻塞，此時socket被設(shè)置為非阻塞模式
flags = fcntl(sockfd,F_GETFL,0);//獲取建立的sockfd的當(dāng)前狀態(tài)(非阻塞)
fcntl(sockfd,F_SETFL,flags|O_NONBLOCK);//將當(dāng)前sockfd設(shè)置為非阻塞
4. 建立connect連接，此時socket設(shè)置為非阻塞，connect調(diào)用后，無論連接是否建立立即返回-1，同時將errno(包含errno.h就可以直接使用)設(shè)置為EINPROGRESS, 表示此時tcp三次握手仍舊進(jìn)行，如果errno不是EINPROGRESS，則說明連接錯誤，程序結(jié)束。
當(dāng)客戶端和服務(wù)器端在同一臺主機上的時候，connect回馬上結(jié)束，并返回0；無需等待，所以使用goto函數(shù)跳過select等待函數(shù)，直接進(jìn)入連接后的處理部分。
if ( ( n = connect( sockfd, ( struct sockaddr *)&serv_addr , sizeof(struct sockaddr)) ) < 0 )
{
if(errno != EINPROGRESS) return 1;
}
if(n==0)
{
printf("connect completed immediately");
goto done;
}
/5.設(shè)置等待時間，使用select函數(shù)等待正在后臺連接的connect函數(shù)，這里需要說明的是使用select監(jiān)聽socket描述符是否可讀或者可寫，如果只可寫，說明連接成功，可以進(jìn)行下面的操作。如果描述符既可讀又可寫，分為兩種情況，第一種情況是socket連接出現(xiàn)錯誤(不要問為什么，這是系統(tǒng)規(guī)定的，可讀可寫時候有可能是connect連接成功后遠(yuǎn)程主機斷開了連接close(socket))，第二種情況是connect連接成功，socket讀緩沖區(qū)得到了遠(yuǎn)程主機發(fā)送的數(shù)據(jù)。需要通過connect連接后返回給errno的值來進(jìn)行判定，或者通過調(diào)用 getsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_ERROR,&error,&len); 函數(shù)返回值來判斷是否發(fā)生錯誤，這里存在一個可移植性問題，在solaris中發(fā)生錯誤返回-1，但在其他系統(tǒng)中可能返回0.我首先按unix網(wǎng)絡(luò)編程的源碼進(jìn)行實現(xiàn)。如下：
FD_ZERO(&rset);
FD_SET(sockfd,&rset);
wset = rset;
tval.tv_sec = 0;
tval.tv_usec = 300000;
int error;
socklen_t len;
if(( n = select(sockfd+1, &rset, &wset, NULL,&tval)) <= 0)
{
printf("time out connect error");
close(sockfd);
return -1;
}
If ( FD_ISSET(sockfd,&rset) || FD_ISSET(sockfd,&west) )
{
len = sizeof(error);
if( getsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_ERROR,&error,&len) <0)
return 1;
}
對錯誤的處理：
這里我測試了一下，按照unix網(wǎng)絡(luò)編程的描述，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生錯誤的時候，getsockopt返回-1，return -1，程序結(jié)束。網(wǎng)絡(luò)正常時候返回0，程序繼續(xù)執(zhí)行。
可是我在linux下，無論網(wǎng)絡(luò)是否發(fā)生錯誤，getsockopt始終返回0，不返回-1，說明linux與unix網(wǎng)絡(luò)編程還是有些細(xì)微的差別。就是說當(dāng)socket描述符可讀可寫的時候，這段代碼不起作用。不能檢測出網(wǎng)絡(luò)是否出現(xiàn)故障。
我測試的方法是，當(dāng)調(diào)用connect后，sleep(2)休眠2秒，借助這兩秒時間將網(wǎng)絡(luò)助手?jǐn)嚅_連接，這時候select返回2，說明套接口可讀又可寫，應(yīng)該是網(wǎng)絡(luò)連接的出錯情況。
此時，getsockopt返回0，不起作用。獲取errno的值，指示為EINPROGRESS，沒有返回unix網(wǎng)絡(luò)編程中說的ENOTCONN，EINPROGRESS表示正在試圖連接，不能表示網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)連接失敗。
針對這種情況，unix網(wǎng)絡(luò)編程中提出了另外3種方法，這3種方法，也是網(wǎng)絡(luò)上給出的常用的非阻塞connect示例：
a.再調(diào)用connect一次。失敗返回errno是EISCONN說明連接成功，表示剛才的connect成功，否則返回失敗。 代碼如下：
int connect_ok;
connect(sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(struct sockaddr) );
switch (errno)
{
case EISCONN: //connect ok
printf("connect OK
");
connect_ok = 1;
break;
case EALREADY:
connect_0k = -1
break;
case EINPROGRESS: // is connecting, need to check again
connect_ok = -1
break;
default:
printf("connect fail err=%d
",errno);
connect_ok = -1;
break;
}
如程序所示，根據(jù)再次調(diào)用的errno返回值將connect_ok的值，來進(jìn)行下面的處理，connect_ok為1繼續(xù)執(zhí)行其他操作，否則程序結(jié)束。
但這種方法我在linux下測試了，當(dāng)發(fā)生錯誤的時候,socket描述符(我的程序里是sockfd)變成可讀且可寫，但第二次調(diào)用connect 后，errno并沒有返回EISCONN，,也沒有返回連接失敗的錯誤，仍舊是EINPROGRESS，而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)不發(fā)生故障的時候，第二次使用 connect連接也返回EINPROGRESS，因此也無法通過再次connect來判斷連接是否成功。
在這種情況下的測試還有一個問題需要提出：
一次select之后，發(fā)現(xiàn)此時套接口描述字可讀或可寫，再次執(zhí)行connect，此時errno始終不變，仍未EINPROGRESS，增加select的超時時間結(jié)果也一樣。
之后嘗試在select返回值為0，或返回值為1，且connect后errno仍為EINPROGRESS(115)時，再次執(zhí)行select+connect，即再次檢測連接狀態(tài)。此時errno被置為EISCONN(106)，connect成功。(也就是說使用這種判斷可以解決移植問題)
b.unix網(wǎng)絡(luò)編程中說使用read函數(shù)，如果失敗，表示connect失敗，返回的errno指明了失敗原因，但這種方法在linux上行不通，linux在socket描述符為可讀可寫的時候，read返回0，并不會置errno為錯誤。
c.unix網(wǎng)絡(luò)編程中說使用getpeername函數(shù)，如果連接失敗，調(diào)用該函數(shù)后，通過errno來判斷第一次連接是否成功，但我試過了，無論網(wǎng)絡(luò)連接是否成功，errno都沒變化，都為EINPROGRESS，無法判斷。
即使調(diào)用getpeername函數(shù)，getsockopt函數(shù)仍舊不行。
綜上方法，既然都不能確切知道非阻塞connect是否成功，所以我直接當(dāng)描述符可讀可寫的情況下進(jìn)行發(fā)送，通過能否獲取服務(wù)器的返回值來判斷是否成功。(如果服務(wù)器端的設(shè)計不發(fā)送數(shù)據(jù)，那就悲哀了。)
程序的書寫形式出于可移植性考慮，按照unix網(wǎng)絡(luò)編程推薦寫法，使用getsocketopt進(jìn)行判斷，但不通過返回值來判斷，而通過函數(shù)的返回參數(shù)來判斷。
6. 用select查看接收描述符，如果可讀，就讀出數(shù)據(jù)，程序結(jié)束。在接收數(shù)據(jù)的時候注意要先對先前的rset重新賦值為描述符，因為select會對 rset清零，當(dāng)調(diào)用select后，如果socket沒有變?yōu)榭勺x，則rset在select會被置零。所以如果在程序中使用了rset，最好在使用時候重新對rset賦值。
程序如下：
FD_ZERO(&rset);
FD_SET(sockfd,&rset);//如果前面select使用了rset，最好重新賦值
if( ( n = select(sockfd+1,&rset,NULL, NULL,&tval)) <= 0 )
{
close(sockfd);
return -1;
}
if ((recvbytes=recv(sockfd, buf, 1024, 0)) ==-1)
{
perror("recv error!");
close(sockfd);
return 1;
}
printf("receive num %d ",recvbytes);
printf("%s ",buf);
*/
綜上所述一種更有效的判斷方法，經(jīng)測試驗證，在Linux環(huán)境下是有效的：
再次調(diào)用connect，相應(yīng)返回失敗，如果錯誤errno是EISCONN，表示socket連接已經(jīng)建立，否則認(rèn)為連接失敗。
三、非阻塞connect的實現(xiàn)
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include//inet_addr()
#include
#include
#include
#define PEER_IP "192.254.1.1"
#define PEER_PORT 7008
int main(int argc, char **argv)
{
int ret = 0;
int sock_fd;
int flags;
struct sockaddr_in addr;
/* obtain a socket */
sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
/* set non-blocking mode on socket*/
#if 1
flags = fcntl(sock_fd, F_GETFL, 0);
fcntl(sock_fd, F_SETFL, flags|O_NONBLOCK);
#else
int imode = 1;
ioctl(sock_fd, FIONBIO, &imode);
#endif
/* connect to server */
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_port = htons(PEER_PORT);
addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(PEER_IP);
int res = connect(sock_fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(struct sockaddr_in));
if (0 == res)
{
printf("socket connect succeed immediately.
");
ret = 0;
}
else
{
printf("get the connect result by select().
");
if (errno == EINPROGRESS)
{
int times = 0;
while (times++ < 5)
{
fd_set rfds, wfds;
struct timeval tv;
printf("errno = %d
", errno);
FD_ZERO(&rfds);
FD_ZERO(&wfds);
FD_SET(sock_fd, &rfds);
FD_SET(sock_fd, &wfds);
/* set select() time out */
tv.tv_sec = 10;
tv.tv_usec = 0;
int selres = select(sock_fd + 1, &rfds, &wfds, NULL, &tv);
switch (selres)
{
case -1:
printf("select error
");
ret = -1;
break;
case 0:
printf("select time out
");
ret = -1;
break;
default:
if (FD_ISSET(sock_fd, &rfds) || FD_ISSET(sock_fd, &wfds))
{
#if 0 // not useable in linux environment, suggested in <>
int errinfo, errlen;
if (-1 == getsockopt(sock_fd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &errinfo, &errlen))
{
printf("getsockopt return -1.
");
ret = -1;
break;
}
else if (0 != errinfo)
{
printf("getsockopt return errinfo = %d.
", errinfo);
ret = -1;
break;
}
ret = 0;
printf("connect ok?
");
#else
#if 1
connect(sock_fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(struct sockaddr_in));
int err = errno;
if (err == EISCONN)
{
printf("connect finished 111.
");
ret = 0;
}
else
{
printf("connect failed. errno = %d
", errno);
printf("FD_ISSET(sock_fd, &rfds): %d
FD_ISSET(sock_fd, &wfds): %d
", FD_ISSET(sock_fd, &rfds) , FD_ISSET(sock_fd, &wfds));
ret = errno;
}
#else
char buff[2];
if (read(sock_fd, buff, 0) < 0)
{
printf("connect failed. errno = %d
", errno);
ret = errno;
}
else
{
printf("connect finished.
");
ret = 0;
}
#endif
#endif
}
else
{
printf("haha
");
}
}
if (-1 != selres && (ret != 0))
{
printf("check connect result again... %d
", times);
continue;
}
else
{
break;
}
}
}
else
{
printf("connect to host %s:%d failed.
", PEER_IP, PEER_PORT);
ret = errno;
}
}
if (0 == ret)
{
send(sock_fd, "12345", sizeof("12345"), 0);
}
else
{
printf("connect to host %s:%d failed.
", PEER_IP, PEER_PORT);
}
close(sock_fd);
return ret;
}
上述代碼可以解決問題了
Linux下常見的socket錯誤碼：
EACCES, EPERM：用戶試圖在套接字廣播標(biāo)志沒有設(shè)置的情況下連接廣播地址或由于防火墻策略導(dǎo)致連接失敗。
EADDRINUSE 98：Address already in use(本地地址處于使用狀態(tài))
EAFNOSUPPORT 97：Address family not supported by protocol(參數(shù)serv_add中的地址非合法地址)
EAGAIN：沒有足夠空閑的本地端口。
EALREADY 114：Operation already in progress(套接字為非阻塞套接字，并且原來的連接請求還未完成)
EBADF 77：File descriptor in bad state(非法的文件描述符)
ECONNREFUSED 111：Connection refused(遠(yuǎn)程地址并沒有處于監(jiān)聽狀態(tài))
EFAULT：指向套接字結(jié)構(gòu)體的地址非法。
EINPROGRESS 115：Operation now in progress(套接字為非阻塞套接字，且連接請求沒有立即完成)
EINTR：系統(tǒng)調(diào)用的執(zhí)行由于捕獲中斷而中止。
EISCONN 106：Transport endpoint is already connected(已經(jīng)連接到該套接字)
ENETUNREACH 101：Network is unreachable(網(wǎng)絡(luò)不可到達(dá))
ENOTSOCK 88：Socket operation on non-socket(文件描述符不與套接字相關(guān))
ETIMEDOUT 110：Connection timed out(連接超時)
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的linux下网络编程设置非阻塞,UNIX网络编程 非阻塞connect的实现的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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