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:
- 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。
- 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。
- 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:
- 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。
- 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.
- 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
- if(FD_ISSET(listenfd,&rest))//new connection
{
sleep(5);
clien=sizeof(cliAddr);
connfd=accept(listenfd,(sockaddr*)&cliAddr,&clien);
}
- select向服务器返回可读,但是过一段时间在调用accept
- 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
- 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
- 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:
- 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
- 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