非阻塞式I/O

　　套接字的默认状态是阻塞的。这就意味着当发出一个不能立即完成的套接字调用时，其进程将被投入睡眠，等待相应的操作完成。可能阻塞的套接字调用可分为以下4类

（1）输入操作，包括read，readv，recv，recvfrom和recvmsg共5个函数。如果某个进程对一个阻塞的TCP套接字（默认设置）调用这些输入函数之一，而且该套接字的接收缓冲区中没有数据可读，该进程将被投入睡眠，直到有一些数据到达。既然TCP是字节流协议，该进程的唤醒就是只要有一些数据到达，这些数据既可能是单个字节，也可能是一个完整的TCP分节中的数据。

既然UDP是数据报协议，如果一个阻塞的UDP套接字的接收缓冲区为空，对它调用输入函数的进程将被投入睡眠，直到有UDP数据报到达。

对于非阻塞的套接字，如果输入操作不能被满足（对于TCP套接字即至少有一个字节的数据报可读，对于UDP套接字即有一个完整的数据报可读），相应调用将立即返回一个EWOULDBLOCK错误。

（2）输出操作，包括write，writev，send，sento和sendmsg共5个函数。对于一个TCP套接字，内核将从应用进程的缓冲区到该套接字的发送缓冲区复制数据。对于阻塞的套接字，如果其发送缓冲区中没有空间，进程将被投入睡眠，直到有空间为止。

对于一个非阻塞的TCP套接字，如果其发送缓冲区中根本没有空间，输出函数调用将立即返回一个EWOULDBLOCK错误。如果其发送缓冲区中有一些空间，返回值将是内核能够复制到该缓冲区中的字节数。

UDP套接字不存在真正的发送缓冲区。内核只是复制应用进程数据并把它沿协议栈向下传送，渐次冠以UDP首部和IP首部。因此对一个阻塞的UDP套接字（默认设置），输出函数调用将不会因与TCP套接字一样的原因而阻塞，不过有可能会因为其他的原因而阻塞。

（3）接受外来连接，即accept函数。如果对一个阻塞的套接字调用accept函数，并且尚无新的连接到达，调用进程将被投入睡眠。

如果对一个非阻塞的套接字调用accept函数，并且尚无新的连接到达，accept调用将立即返回一个EWOULDBLOCK错误。

（4）发起外出连接，即用于TCP的connect函数。TCP连接的建立涉及一个三次握手过程，而且connect函数一直等到客户收到自己的SYN的ACK为止才返回。这意味着TCP的每个connect总是阻塞其调用进程至少一个到服务器的RTT时间。

如果对一个非阻塞的TCP套接字调用connect，并且连接不能立即建立，那么连接的建立能照样发起（譬如送出TCP三次握手的第一个分组），不过会返回一个EINPROGRESS错误。注意这个错误不同于上述三个情形中的返回的错误。

非阻塞读和写（str_cli函数）

　　如果client调用write把内容发送给服务器，此时发送缓冲区已满，write则会阻塞，在此阻塞期间，可能有来自套接字缓冲区的数据可读；类似，如果从套接字缓冲区有一行文本输入可读，那么一旦标准输入比网络还要慢，那么进程可能阻塞于后续的write调用。

　　以下程序维护两个缓冲区：to容纳从标准输入到服务器去的数据，fr容纳自服务器到标准输出的数据。

/* include nonb1 */
void str_cli(FILE *fp, int sockfd)
{
    int            maxfdp1, val, stdineof;
    ssize_t        n, nwritten;
    fd_set        rset, wset;
    char        to[MAXLINE], fr[MAXLINE];
    char        *toiptr, *tooptr, *friptr, *froptr;

    val = Fcntl(sockfd, F_GETFL, 0);
    Fcntl(sockfd, F_SETFL, val | O_NONBLOCK);

    val = Fcntl(STDIN_FILENO, F_GETFL, 0);
    Fcntl(STDIN_FILENO, F_SETFL, val | O_NONBLOCK);

    val = Fcntl(STDOUT_FILENO, F_GETFL, 0);
    Fcntl(STDOUT_FILENO, F_SETFL, val | O_NONBLOCK);

    toiptr = tooptr = to;    /* initialize buffer pointers */
    friptr = froptr = fr;
    stdineof = 0;

    maxfdp1 = max(max(STDIN_FILENO, STDOUT_FILENO), sockfd) + 1;
    for ( ; ; )
    {
        FD_ZERO(&rset);
        FD_ZERO(&wset);
        if (stdineof == 0 && toiptr < &to[MAXLINE])
            FD_SET(STDIN_FILENO, &rset);    /* read from stdin */
        if (friptr < &fr[MAXLINE])
            FD_SET(sockfd, &rset);            /* read from socket */
        if (tooptr != toiptr)
            FD_SET(sockfd, &wset);            /* data to write to socket */
        if (froptr != friptr)
            FD_SET(STDOUT_FILENO, &wset);    /* data to write to stdout */

        Select(maxfdp1, &rset, &wset, NULL, NULL);
        /* end nonb1 */

        /* include nonb2 */
        if (FD_ISSET(STDIN_FILENO, &rset))
        {
            if ( (n = read(STDIN_FILENO, toiptr, &to[MAXLINE] - toiptr)) < 0)
            {
                if (errno != EWOULDBLOCK)
                    err_sys("read error on stdin");

            }
            else if (n == 0)
            {
            #ifdef    VOL2
                fprintf(stderr, "%s: EOF on stdin\n", gf_time());
            #endif
                stdineof = 1;            /* all done with stdin */
                if (tooptr == toiptr)
                    Shutdown(sockfd, SHUT_WR);/* send FIN */

            }
            else
            {
            #ifdef    VOL2
                fprintf(stderr, "%s: read %d bytes from stdin\n", gf_time(), n);
            #endif
                toiptr += n;            /* # just read */
                FD_SET(sockfd, &wset);    /* try and write to socket below */
            }
        }

        if (FD_ISSET(sockfd, &rset))
        {
            if ( (n = read(sockfd, friptr, &fr[MAXLINE] - friptr)) < 0)
            {
                if (errno != EWOULDBLOCK)
                    err_sys("read error on socket");
            }
            else if (n == 0)
            {
            #ifdef    VOL2
                fprintf(stderr, "%s: EOF on socket\n", gf_time());
            #endif
                if (stdineof)
                    return;        /* normal termination */
                else
                    err_quit("str_cli: server terminated prematurely");
            }
            else
            {
            #ifdef    VOL2
                fprintf(stderr, "%s: read %d bytes from socket\n",gf_time(), n);
            #endif
                friptr += n;        /* # just read */
                FD_SET(STDOUT_FILENO, &wset);    /* try and write below */
            }
        }
        /* end nonb2 */

        /* include nonb3 */
        if (FD_ISSET(STDOUT_FILENO, &wset) && ( (n = friptr - froptr) > 0))
        {
            if ( (nwritten = write(STDOUT_FILENO, froptr, n)) < 0)
            {
                if (errno != EWOULDBLOCK)
                    err_sys("write error to stdout");
            }
            else
            {
            #ifdef    VOL2
                fprintf(stderr, "%s: wrote %d bytes to stdout\n",gf_time(), nwritten);
            #endif
                froptr += nwritten;        /* # just written */
                if (froptr == friptr)
                    froptr = friptr = fr;    /* back to beginning of buffer */
            }
        }

        if (FD_ISSET(sockfd, &wset) && ( (n = toiptr - tooptr) > 0))
        {
            if ( (nwritten = write(sockfd, tooptr, n)) < 0)
            {
                if (errno != EWOULDBLOCK)
                    err_sys("write error to socket");
            }
            else
            {
            #ifdef    VOL2
                fprintf(stderr, "%s: wrote %d bytes to socket\n",gf_time(), nwritten);
            #endif
                tooptr += nwritten;    /* # just written */
                if (tooptr == toiptr)
                {
                    toiptr = tooptr = to;    /* back to beginning of buffer */
                    if (stdineof)
                        Shutdown(sockfd, SHUT_WR);    /* send FIN */
                }
            }
        }
    }
}
/* end nonb3 */

　　str_cli的简单版本

　　每当需要使用非阻塞式I/O时，更简单的办法是把应用程序任务划分为多个进程（fork）或多个线程。

　　这个函数一开始就调用fork把当前进程划分成一个父进程和一个子进程。子进程把来自服务器的文本行复制到标准输出，父进程把来自标准输入的文本行复制到服务器。

void str_cli(FILE *fp, int sockfd)
{
    pid_t    pid;
    char    sendline[MAXLINE], recvline[MAXLINE];

    if ( (pid = Fork()) == 0) {        /* child: server -> stdout */
        while (Readline(sockfd, recvline, MAXLINE) > 0)
            Fputs(recvline, stdout);

        kill(getppid(), SIGTERM);    /* in case parent still running */
        exit(0);
    }

        /* parent: stdin -> server */
    while (Fgets(sendline, MAXLINE, fp) != NULL)
        Writen(sockfd, sendline, strlen(sendline));

    Shutdown(sockfd, SHUT_WR);    /* EOF on stdin, send FIN */
    pause();
    return;
}

我们知道TCP连接是全双工的，而且父子进程共享同一个套接字：父进程往该套接字中写，子进程从该套接字中读。尽管套接字只有一个，其接收缓冲区和发送缓冲区也分别只有一个，然而这个套接字却有两个描述符在引用它：一个在父进程中，另一个在子进程中。

我们同样需要考虑进程终止序列。正常的终止序列从标准输入上遇到EOF之时开始发生。父进程读入来自标准输入的EOF后调用shutdown发送FIN。但当这发生之后，子进程需继续从服务器到标准输出执行数据复制，直到在套接字上读到EOF。

服务器进程过早终止也有可能发生。要是发生这种情况，子进程将在套接字上读到EOF。这样的子进程必须告知父进程停止从标准输入到套接字复制数据。子进程向父进程发送一个SIGTERM信号，以防止父进程仍在运行。如此处理的另一个手段是子进程无为的终止，使得父进程（如果仍在运行的话）捕获一个SIGCHLD信号。

父进程完成数据复制后调用pause让自己进入睡眠状态，直到捕获一个信号（子进程来的SIGTERM信号），尽管它不主动捕获任何信号。SIGTERM信号的默认行为是终止进程。

非阻塞connect

　　当在一个非阻塞的TCP套接字上调用connect时，connect将立即返回一个EINPROGRESS错误，不过已经发起的TCP三路握手继续进行。非阻塞的connect有三个用途

　　1.我们可以把三路握手叠加在其他处理上。完成一个connect要花一个RTT时间，其波动范围很大，从局域网上的几个毫秒到几百个毫秒甚至是广域网的几秒。这段时间可以处理其他工作。

　　2.可以使用这个技术同时建立多个连接。

　　3.使用select等待连接的建立，我们可以给select指定一个时间限制，使得我们能够缩短connect的超时。许多实现有着从75毫秒到数分钟的connect超时时间。应用程序有时想要一个更短的超时时间，可以使用非阻塞的connect.

　　怎么使用connect：

  1. 先将套接字描述符设置为非阻塞，然后按照常规网络编程，直到调用connect时，connect将立即返回一个EINPROGRESS错误（ps： 已经发起的三路握手继续执行）。我们接着使用I/O复用（比如 select）检测这个连接或成功或失败的已建立条件，需要注意的处理细节。
  2. 尽管套接字是非阻塞的，如果连接的服务器在同一主机上，我们调用connect时，连接通常立刻建立。
  3. 关于select和非阻塞connect的以下两个规则:当连接成功建立时，描述符变为可写，当连接建立遇到失败时，描述符变为既可读又可写。
int connect_nonb(int sockfd, const SA *saptr, socklen_t salen, int nsec)
{
    int                flags, n, error;
    socklen_t        len;
    fd_set            rset, wset;
    struct timeval    tval;

    flags = Fcntl(sockfd, F_GETFL, 0);
    Fcntl(sockfd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);

    error = 0;
    if ( (n = connect(sockfd, saptr, salen)) < 0)
        if (errno != EINPROGRESS)
            return(-1);

    /* Do whatever we want while the connect is taking place. */

    if (n == 0)
        goto done;    /* connect completed immediately */

    FD_ZERO(&rset);
    FD_SET(sockfd, &rset);
    wset = rset;
    tval.tv_sec = nsec;
    tval.tv_usec = 0;

    if ( (n = Select(sockfd+1, &rset, &wset, NULL,
                     nsec ? &tval : NULL)) == 0) {
        close(sockfd);        /* timeout */
        errno = ETIMEDOUT;
        return(-1);
    }

    if (FD_ISSET(sockfd, &rset) || FD_ISSET(sockfd, &wset)) {
        len = sizeof(error);
        if (getsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &error, &len) < 0)
            return(-1);            /* Solaris pending error */
    } else
        err_quit("select error: sockfd not set");

done:
    Fcntl(sockfd, F_SETFL, flags);    /* restore file status flags */

    if (error) {
        close(sockfd);        /* just in case */
        errno = error;
        return(-1);
    }
    return(0);
}

　　如何判断非阻塞connect调用后，连接是否成功建立：

  1. 调用getpeername代替getsockopt，先判断套接字可读或可写条件，如果getpeername以ENOTCONN错误失败返回，那么连接已经建立失败，接着必须以SO_ERROR调用getsockopt，检查套接字上是否存在待处理错误。
  2. 以值为0的长度参数调用read，如果read失败，则connect失败，read返回错误errno给出原因，如果建立连接成功，read返回0.
  3. 再调用connect一次，他应该失败，如果错误是EISCONN，那么套接字已经成功连接，也就是第一次成功连接。

被中断的connect

　　如果对于正常阻塞的套接字，其上的connect在调用TCP三路握手完成前被中断（比如捕捉了某个信号），则connect中断不能由内核自动重启，将返回EINTR，我们不能再次调用connect，这样做导致EADDRINUSE错误。

　　这种情况下我们只能再次调用select，相对于非阻塞connect那样，连接建立完成时，select返回可读条件，建立连接失败时select返回套接字即可读又可写。

非阻塞accept

客户端

    /*
        初始化套接字操作
    */

    connect(sockfd,(sockaddr*)&servAddr,sizeof(servAddr));

    struct linger ling;
    ling.l_onoff=1;//cause RST to sent on close()
    ling.l_linger=0;
    setsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_LINGER,&ling,sizeof(ling));
    close(sockfd);

服务器端

  1. if(FD_ISSET(listenfd,&rest))//new connection
    {
    sleep(5);
    clien=sizeof(cliAddr);
    connfd=accept(listenfd,(sockaddr*)&cliAddr,&clien);
    }
  1. select向服务器返回可读，但是过一段时间在调用accept
  2. 在服务器从select返回到调用accept期间，服务器TCP收到来自客户端的RST
  3. 这个已完成得连接被服务器TCP驱除队列，假设队列中没有其他的已完成的连接
  4. 服务器端调用accept，但是没有已完成的连接，服务器会一直阻塞在accept上，直到其他某个客户建立连接

解决办法：

  1. 当使用select获悉某个监听套接字上何时有已完成连接准备被accept时，总是把这个监听套接字设置为非阻塞
  2. 在后续的accept调用中忽略以下错误：EWOULDBLOCK(源自bk，客户终止连接时），ECONNABORTED(POSIX实现，客户终止连接时，EPROTO（SVR4实现，客户中止连接时）和EINTR（如果有信号被捕获）

原文地址：https://www.cnblogs.com/tianzeng/p/11930057.html

时间： 2024-08-29 22:03:25

非阻塞式I/O的相关文章

Java NIO实现非阻塞式socket通信

博主知识水平有限,只能提供一个个人的狭隘的理解,如果有新人读到这儿,建议看一下其他教程或者API,如果不明白,再来看一下:如果有dalao读到这儿,希望能指出理解中的问题~谢谢 Java提供了用于网络通信的socket和serversocket包,然而实现方式是阻塞式的,同一时间点上只能进行一个连接,这会带来不好的体验.当然了,我们也可以通过不断创建线程的方式管理连接,但线程多了的话反而会降低效率.于是Java推出了非阻塞式IO--channel.并且channel提供关于网络通信的相关chan

Java基础：非阻塞式IO

转载请注明出处:jiq?钦's technical Blog 引言 JDK1.4中引入了NIO,即New IO,目的在于提高IO速度.特别注意JavaNIO不完全是非阻塞式IO(No-Blocking IO),因为其中部分通道(如FileChannel)只能运行在阻塞模式下,而其他的通道可以在阻塞式和非阻塞式之间进行选择. 尽管这样,我们还是习惯将Java NIO看作是非阻塞式IO,而前面介绍的面向流(字节/字符)的IO类库则是非阻塞的,详细来看,两者区别如下: IO NIO 面向流(Strea

Java基础知识强化之多线程笔记07：同步、异步、阻塞式、非阻塞式 的联系与区别

1. 同步: 所谓同步,就是在发出一个功能调用时,在没有得到结果之前,该调用就不返回.但是一旦调用返回,就必须先得到返回值了. 换句话话说,调用者主动等待这个"调用"的结果. 对于同步调用来说,很多时候当前线程还是激活的,只是从逻辑上当前函数没有返回而已. 2. 异步: 所谓异步,"调用"在发出之后,这个调用就直接返回了,所以没有返回结果. 换句话说,当一个异步过程调用发出后,调用者不会立刻得到结果.而是在"调用"发出后,"被调用者&q

前段时间用java做了个非阻塞式仿飞秋聊天程序

采用Swing 布局 NIO非阻塞式仿飞秋聊天程序, 切换皮肤颜色什么的小功能以后慢慢做 启动主程序. 当用户打开主程序后自动获取局域网段IP可以在 设置 --> IP网段过滤, 拥有 JMF 视频聊天功能(取得视频流读取到ByteBuffer然后写入DatagramChannel), 其实什么功能都是可以加的后期, 简单介绍下 双击用户进行聊天 (第一版是基于channel通道的操作, 非阻塞式, 这一版本为阻塞式) 当有消息发来时自动开启一个线程处理客户端请求并接受数据,并在标题上提示收到新

4.NIO的非阻塞式网络通信

/*阻塞 和 非阻塞 是对于 网络通信而言的*/ /*原先IO通信在进行一些读写操作 或者 等待 客户机连接 这种,是阻塞的,必须要等到有数据被处理,当前线程才被释放*/ /*NIO 通信 是将这个阻塞的过程 丢给了选择器,客户端和 服务器端 之间建立的通道,都会注册到 选择器上,然后用选择器 实时监控 我们这些通道上的状况*/ /*当某一个通道上 某一个请求的事件 完全准备就绪时,那么选择器才会将 这个任务 分配到服务器上的一个 或多个线程中*/ /*阻塞 与 非阻塞*/ 传统的IO 流都是

非阻塞式JavaScript脚本介绍

JavaScript 倾向于阻塞浏览器某些处理过程,如HTTP 请求和界面刷新,这是开发者面临的最显著的性能问题.保持JavaScript文件短小,并限制HTTP请求的数量,只是创建反应迅速的网页应用的第一步.一个应用程序所包含的功能越多,所需要的JavaScript 代码就越大,保持源码短小并不总是一种选择.尽管下载一个大JavaScript 文件只产生一次HTTP 请求,却会锁定浏览器一大段时间.为避开这种情况,你需要向页面中逐步添加JavaScript,某种程度上说不会阻塞浏览器.非阻塞脚

C语言非阻塞式键盘监听

监听键盘可以使用C语言的字符输入函数,例如 getchar.getch.getche 等,我们会在<结合缓冲区谈谈C语言getchar().getche().getch()的区别>一节中重点讲解它们的区别. 使用getche函数监听键盘的例子: #include <stdio.h> #include <conio.h> int main(){ char ch; int i = 0; //循环监听,直到按Esc键退出 while(ch = getch()){ if(ch

socket 客户端编程：非阻塞式连接，错误判断及退出重连

本文将探讨 socket 客户端的非阻塞式连接,连接成功后的错误判断及退出重连. 1. 连接方法 关于socket 客户端的非阻塞 connect 编程,网上找到的实现方式一般都是, 套接字创建之后,默认是阻塞式的,对其执行 connect 操作,如果服务端在监听,则会成功建立连接,但这只是理想情况.如果服务端没有开启,或是网络异常呢,connect 会一直阻塞到连接超时,这个超时时间在 Linux 下一般是 75 s 到几分钟.那么,如果在服务端未打开的时候 connect,连接建立会阻塞,即

java nio学习三：NIO 的非阻塞式网络通信

一.阻塞和非阻塞 传统的 IO 流都是阻塞式的.也就是说,当一个线程调用 read() 或 write()时,该线程被阻塞,直到有一些数据被读取或写入,该线程在此期间不能执行其他任务.因此,在完成网络通信进行 IO 操作时,由于线程会阻塞,所以服务器端必须为每个客户端都提供一个独立的线程进行处理,当服务器端需要处理大量客户端时,性能急剧下降.Java NIO 是非阻塞模式的.当线程从某通道进行读写数据时,若没有数据可用时,该线程可以进行其他任务.线程通常将非阻塞 IO 的空闲时间用于在其他通道上