非阻塞socket

2018-08-26 17:15:28来源:博客园 阅读 ()

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#linux 非阻塞 connect函数 开发测试环境:虚拟机CentOS,windows网络调试助手 非阻塞模式有3种用途 1.三次握手同时做其他的处理。connect要花一个往返时间完成,从几毫秒的局域网到几百毫秒或几秒的广域网。这段时间可能有一些其他的处理要执行,比如数据准备,预处理等。 2.用这种技术建立多个连接。这在web浏览器中很普遍. 3.由于程序用select等待连接完成,可以设置一个select等待时间限制,从而缩短connect超时时间。多数实现中,connect的超时时间在75秒到几分钟之间。有时程序希望在等待一定时间内结束,使用非阻塞connect可以防止阻塞75秒,在多线程网络编程中,尤其必要。 例如有一个通过建立线程与其他主机进行socket通信的应用程序,如果建立的线程使用阻塞connect与远程通信,当有几百个线程并发的时候,由于网络延迟而全部阻塞,阻塞的线程不会释放系统的资源,同一时刻阻塞线程超过一定数量时候,系统就不再允许建立新的线程(每个进程由于进程空间的原因能产生的线程有限),如果使用非阻塞的connect,连接失败使用select等待很短时间,如果还没有连接后,线程立刻结束释放资源,防止大量线程阻塞而使程序崩溃。 目前connect非阻塞编程的普遍思路是: 在一个TCP套接口设置为非阻塞后,调用connect,connect会在系统提供的errno变量中返回一个EINRPOCESS错误,此时TCP的三路握手继续进行。之后可以用select函数检查这个连接是否建立成功。以下实验基于unix网络编程和网络上给出的普遍示例,在经过大量测试之后,发现其中有很多方法,在linux中,并不适用。 我先给出了重要源码的逐步分析,在最后给出完整的connect非阻塞源码。 1.首先填写套接字结构,包括远程的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转换为网络字节序 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.将socket建立为非阻塞,此时socket被设置为非阻塞模式 ```flags = fcntl(sockfd,F_GETFL,0);//获取建立的sockfd的当前状态(非阻塞) fcntl(sockfd,F_SETFL,flags|O_NONBLOCK);//将当前sockfd设置为非阻塞 ``` #####4. 建立connect连接,此时socket设置为非阻塞,connect调用后,无论连接是否建立立即返回-1,同时将errno(包含errno.h就可以直接使用)设置为EINPROGRESS, 表示此时tcp三次握手仍旧进行,如果errno不是EINPROGRESS,则说明连接错误,程序结束。当客户端和服务器端在同一台主机上的时候,connect回马上结束,并返回0;无需等待,所以使用goto函数跳过select等待函数,直接进入连接后的处理部分。 ``` 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.设置等待时间,使用select函数等待正在后台连接的connect函数,这里需要说明的是使用select监听socket描述符是否可读或者可写,如果只可写,说明连接成功,可以进行下面的操作。如果描述符既可读又可写,分为两种情况,第一种情况是socket连接出现错误(不要问为什么,这是系统规定的,可读可写时候有可能是connect连接成功后远程主机断开了连接close(socket)),第二种情况是connect连接成功,socket读缓冲区得到了远程主机发送的数据。需要通过connect连接后返回给errno的值来进行判定,或者通过调用 getsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_ERROR,&error,&len); 函数返回值来判断是否发生错误,这里存在一个可移植性问题,在solaris中发生错误返回-1,但在其他系统中可能返回0.我首先按unix网络编程的源码进行实现。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; ``` /* 这里我测试了一下,按照unix网络编程的描述,当网络发生错误的时候,getsockopt返回-1,return -1,程序结束。网络正常时候返回0,程序继续执行。 可是我在linux下,无论网络是否发生错误,getsockopt始终返回0,不返回-1,说明linux与unix网络编程还是有些细微的差别。就是说当socket描述符可读可写的时候,这段代码不起作用。不能检测出网络是否出现故障。 我测试的方法是,当调用connect后,sleep(2)休眠2秒,借助这两秒时间将网络助手断开连接,这时候select返回2,说明套接口可读又可写,应该是网络连接的出错情况。 此时,getsockopt返回0,不起作用。获取errno的值,指示为EINPROGRESS,没有返回unix网络编程中说的ENOTCONN,EINPROGRESS表示正在试图连接,不能表示网络已经连接失败。 针对这种情况,unix网络编程中提出了另外3种方法,这3种方法,也是网络上给出的常用的非阻塞connect示例: a.再调用connect一次。失败返回errno是EISCONN说明连接成功,表示刚才的connect成功,否则返回失败。 代码如下:*/ ```int connect_ok; connect(sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(struct sockaddr) ); switch (errno) { case EISCONN: //connect ok printf("connect OK \n"); 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 \n",errno); connect_ok = -1; break; } ``` /*如程序所示,根据再次调用的errno返回值将connect_ok的值,来进行下面的处理,connect_ok为1继续执行其他操作,否则程序结束。 但这种方法我在linux下测试了,当发生错误的时候,socket描述符(我的程序里是sockfd)变成可读且可写,但第二次调用connect 后,errno并没有返回EISCONN,,也没有返回连接失败的错误,仍旧是EINPROGRESS,而当网络不发生故障的时候,第二次使用 connect连接也返回EINPROGRESS,因此也无法通过再次connect来判断连接是否成功。 b.unix网络编程中说使用read函数,如果失败,表示connect失败,返回的errno指明了失败原因,但这种方法在linux上行不通,linux在socket描述符为可读可写的时候,read返回0,并不会置errno为错误。 c.unix网络编程中说使用getpeername函数,如果连接失败,调用该函数后,通过errno来判断第一次连接是否成功,但我试过了,无论网络连接是否成功,errno都没变化,都为EINPROGRESS,无法判断。 悲哀啊,即使调用getpeername函数,getsockopt函数仍旧不行。 综上方法,既然都不能确切知道非阻塞connect是否成功,所以我直接当描述符可读可写的情况下进行发送,通过能否获取服务器的返回值来判断是否成功。(如果服务器端的设计不发送数据,那就悲哀了。) 程序的书写形式出于可移植性考虑,按照unix网络编程推荐写法,使用getsocketopt进行判断,但不通过返回值来判断,而通过函数的返回参数来判断。 #####6. 用select查看接收描述符,如果可读,就读出数据,程序结束。在接收数据的时候注意要先对先前的rset重新赋值为描述符,因为select会对 rset清零,当调用select后,如果socket没有变为可读,则rset在select会被置零。所以如果在程序中使用了rset,最好在使用时候重新对rset赋值。 程序如下:*/ ``` FD_ZERO(&rset); FD_SET(sockfd,&rset);//如果前面select使用了rset,最好重新赋值 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\n",recvbytes); printf("%s\n",buf); ``` 非阻塞connect完整代码综合如下: ```intmain(int argc, char** argv) { intsockfd,recvbytes,res,flags,error,n; socklen_tlen; fd_setrset,wset; structtimevaltval; tval.tv_sec=0; tval.tv_usec=300000; structsockaddr_inserv_addr; char*sendData="1234567890";//发送字符串 charbuf[1024]="/0"; //接收buffer //创建socket描述符 if((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) { perror("socket create failed"); return1; } serv_addr.sin_family=AF_INET; serv_addr.sin_port=htons(9999); serv_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr("58.31.231.255"); bzero(&(serv_addr.sin_zero),8); flags=fcntl(sockfd,F_GETFL,0); fcntl(sockfd,F_SETFL,flags|O_NONBLOCK);//设置为非阻塞 if( (res = connect(sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(struct sockaddr)) )< 0) { if(errno != EINPROGRESS) { return1; } } //如果server与client在同一主机上,有些环境socket设为非阻塞会返回 0 if(0 == res) goto done; FD_ZERO(&rset); FD_SET(sockfd,&rset); wset=rset; if( ( res = select(sockfd+1, NULL, &wset, NULL,&tval) ) <= 0) { perror("connect time out/n"); close(sockfd); return1; } else { len=sizeof(error); getsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &error, &len); if(error) { fprintf(stderr, "Error in connection() %d - %s/n", error, strerror(error)); return1; } } done: if( (n = send(sockfd, sendData, strlen(sendData),0) ) ==-1 ) { perror("send error!"); close(sockfd); return1; } if( ( n = select(sockfd+1,&rset,NULL, NULL,&tval)) <= 0 )//rset没有使用过,不用重新置为sockfd { perror("receive time out or connect error"); close(sockfd); return-1; } if((recvbytes=recv(sockfd, buf, 1024, 0)) ==-1) { perror("recv error!"); close(sockfd); return1; } printf("receive num %d/n",recvbytes); printf("%s/n",buf); } ```

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