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Socket编程之非阻塞connect-itarticl.cc-IT技术类文章记录&分享
发布时间: 9年前【底层开发】 146人已围观【返回】
非阻塞 connect：
在 TCP socket 被设置为非阻塞的情况下调用 connect ，若没有立即返回成功，则会返回 -1 以及 errno = EINPROGRESS 的 错误，其表示连接操作正在进行中，但是尚未完成，与此同时 TCP 三次握手操作会同时进行。在这之后，我们可以通过调用 select 来检查这个链接是否建立成功。
非阻塞 connect 的用途：
可以在 TCP 三次握手的同时做一些其它的处理。connect 操作需要一个往返时间才能完成，从几个毫秒（局域网）到几百毫秒或几秒（广域网）。在这段时间内我们可能有一些其他的处理想要同时执行；
可以用这种技术同时建立多个连接。在 Web 浏览器中很普遍；
由于我们使用 select 来等待连接的完成，因此我们可以给 select 设置一个时间限制，从而缩短 connect 的超时时间。在大多数实现中，connect 的超时时间在 75 秒到几分钟 之间（linux 内核中对 connect 的超时限制是 75 秒）。有时候应用程序想要一个更短的超时时间，使用非阻塞 connect 就是一种方法。
非阻塞 connect 听起来虽然简单，但是仍然有一些细节问题要处理：
1.即使套接字是非阻塞的，如果连接的服务器在同一台主机上，那么在调用 connect 建立连接时，连接通常会立即建立成功。我们必须处理这种情况；
2.源自 Berkeley(BSD) 的实现有两条与 select 和非阻塞 I/O 相关的规则：
A) 当连接建立成功时，套接口描述符变成 可写 （连接建立时，写缓冲区空闲，所以可写） ；
B) 当连接建立出错时，套接口描述符变成 既可读又可写 （由于有未决的错误，从而可读又可写） ；
注意：当一个套接口出错时，它会被 select 调用标记为既可读又可写。
非阻塞 connect 有这么多好处，但是处理非阻塞 connect 时会遇到很多【可移植性问题】。
处理非阻塞 connect 的步骤：
第一步，创建 socket，返回套接字描述符；
第二步，调用 fcntl 或 ioctlsocket 把套接口描述符设置成非阻塞；
第三步，调用 connect 开始建立连接；
第四步，判断连接是否成功建立：
A) 如果 connect 返回 0 ，表示连接成功（服务器和客户端在同一台机器上时就有可能发生这种情况）；
B) 调用 select 来判定连接建立的是否成功；
如果 select 返回 0 ，则表示在 select 的超时时间内未能成功建立连接；我们需要返回超时错误给用户，同时关闭连接，以防止 TCP 三次握手继续进行下去；
如果 select 返回大于 0 的值，则说明检测到可读或可写或异常的套接字描述符存在；此时我们可以通过调用 getsockopt 来检测集合中的套接口上是否存在待处理的错误，如果连接建立是成功的，则通过 getsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_ERROR,(char *)&error,&len) 获取的 error 值将是 0 ，如果建立连接时遇到错误，则 error 的值是连接错误所对应的 errno 值，比如 ECONNREFUSED，ETIMEDOUT 等。
“读取套接口上的错误”是遇到的【第一个可移植性问题】：如果出现问题，getsockopt 源自 Berkeley 的实现是返回 0 ，等待处理的错误在变量 errno 中返回；但是 Solaris 会让 getsockopt 返回 -1 ，errno 置为待处理的错误。我们对这两种情况都要处理。
这样，在处理非阻塞 connect 时，在不同的套接口实现的平台中存在的移植性问题。首先，有可能在调用 select 之前，连接就已经建立成功，而且对方的数据已经到来。在这种情况下，连接成功时套接口将既可读又可写，这和连接失败时是一样的。这个时候我们还得通过 getsockopt 来读取错误值。这是【第二个可移植性问题】。
移植性问题总结 ：
对于出错的套接口描述符，getsockopt 的返回值源自 Berkeley 的实现是返回 0 ，待处理的错误值存储在 errno 中；而源自 Solaris 的实现是返回 -1 ，待处理的错误存储在 errno 中。(套接口描述符出错时调用 getsockopt 的返回值不可移植)
有可能在调用 select 之前，连接就已经建立成功，而且对方的数据已经到来，在这种情况下，套接口描述符是既可读又可写，这与套接口描述符出错时是一样的。(怎样判断连接是否建立成功的条件不可移植)
这样的话，在我们判断连接是否建立成功的条件不唯一时，我们可以有以下的方法来解决这个问题：
调用获取对端 socket 地址的 getpeername 代替 getsockopt 。如果调用 getpeername 失败，getpeername 返回 ENOTCONN ，表示连接建立失败，之后我们必须再以 SO_ERROR 调用 getsockopt 得到套接口描述符上的待处理错误；
调用 read ，读取长度为 0 字节的数据。如果连接建立失败，则 read 会返回 -1 ，且相应的 errno 指明了连接失败的原因；如果连接建立成功，read 应该返回 0 。
再调用一次 connect 。它应该失败，如果错误 errno 是 EISCONN ，就表示套接口已经建立，而且第一次连接是成功的；否则，连接就是失败的。
被中断的 connect ：
如果在一个阻塞式套接口上调用 connect ，在 TCP 的三次握手操作完成之前被中断了，比如说被捕获的信号中断，将会发生什么呢？假定 connect 不会自动重启，它将返回 EINTR 。那么这个时候，我们就不能再调用 connect 等待连接建立完成了，如果再次调用 connect 来等待连接建立完成的话，connect 将会返回错误值 EADDRINUSE 。在这种情况下，应该做的是调用 select ，就像在非阻塞式 connect 中所做的一样。然后 select 在连接建立成功(使套接口描述符可写)或连接建立失败(使套接口描述符既可读又可写)时返回。
基于posix的代码示例:
我们知道，linux下socket编程有常见的几个系统调用：
对于服务器来说， 有socket（）， bind（），listen（）, accept（），read（），write（）
对于客户端来说，有socket（），connect（）
这里主要要讲的是客户端这边的connect函数。
对于客户端来说，需要打开一个套接字，然后与对端服务器连接，例如：
int main(int argc, char **argv)
{
struct sockaddr_in s_addr;
memset(&s_addr, 0, sizeof(s_addr));
s_addr.sin_family = AF_INET;
s_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("remote host");
s_addr.sin_port = htons(remote port);
socklen_t addr_len = sizeof(struct sockaddr);
int c_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
int ret = connect(c_fd, (struct sockaddr*)&s_addr, addr_len);
......
}
当connect上对端服务器之后，就可以使用该套接字发送数据了。
我们知道，如果socket为TCP套接字， 则connect函数会激发TCP的三次握手过程，而三次握手是需要一些时间的，内核中对connect的超时限制是75秒，就是说如果超过75秒则connect会由于超时而返回失败。但是如果对端服务器由于某些问题无法连接，那么每一个客户端发起的connect都会要等待75才会返回，因为socket默认是阻塞的。对于一些线上服务来说，假设某些对端服务器出问题了，在这种情况下就有可能引发严重的后果。或者在有些时候，我们不希望在调用connect的时候阻塞住，有一些额外的任务需要处理；
这种场景下，我们就可以将socket设置为非阻塞，如下代码：
int flags = fcntl(c_fd, F_GETFL, 0);
if(flags < 0) {
return 0;
}
fcntl(c_fd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);
当我们将socket设置为NONBLOCK后，在调用connect的时候，如果操作不能马上完成，那connect便会立即返回，此时connect有可能返回-1， 此时需要根据相应的错误码errno，来判断连接是否在继续进行。
当errno=EINPROGRESS时，这种情况是正常的，此时连接在继续进行，但是仍未完成;同时TCP的三路握手操作继续进行；后续只要用select/epoll去注册对应的事件并设置超时时间来判断连接否是连接成功就可以了。
int ret = connect(c_fd, (struct sockaddr*)&s_addr, addr_len);
while(ret < 0) {
if( errno == EINPROGRESS ) {
break;
} else {
perror("connect fail'\n");
return 0;
}
}
这个地方，我们很可能会判断如果ret小于0，就直接判断连接失败而返回了，没有根据errno去判断EINPROGRESS这个错误码。这里也是昨天在写份程序的时候遇到的一个坑。
使用非阻塞 connect 需要注意的问题是：
1. 很可能 调用 connect 时会立即建立连接（比如，客户端和服务端在同一台机子上），必须处理这种情况。
2. Posix 定义了两条与 select 和 非阻塞 connect 相关的规定：
1）连接成功建立时，socket 描述字变为可写。（连接建立时，写缓冲区空闲，所以可写）
2）连接建立失败时，socket 描述字既可读又可写。 （由于有未决的错误，从而可读又可写）
不过我同时用epoll也做了实验(connect一个无效端口，errno=110, errmsg=connect refused)，当连接失败的时候，会触发epoll的EPOLLERR与EPOLLIN，不会触发EPOLLOUT。
当用select检测连接时，socket既可读又可写，只能在可读的集合通过getsockopt获取错误码。
当用epoll检测连接时，socket既可读又可写，只能在EPOLLERR中通过getsockopt获取错误码。
socket发生错误时，只要调用getsockopt就能获取到错误码，不过获取后会将错误码复位为0，所以你后面的调用才获取不到。参见UNP157页。意思是在EPOLLERR中通过getsockeopt获取错误码后,再在EPOLLIN中再获得错误码时就是0
完整代码如下：
/*
* File: main.cpp
* Created on March 7, 2013, 5:54 PM
*/
#include <cstdlib>
#include <string>
#include <iostream>
#include <sys/epoll.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/select.h>
#include <error.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
using namespace std;
struct so {
int fd;
string val;
};
int select_version(int *fd) {
int c_fd = *fd;
fd_set rset, wset;
struct timeval tval;
FD_ZERO(&rset);
FD_SET(c_fd, &rset);
wset = rset;
tval.tv_sec = 0;
tval.tv_usec = 300 * 1000; //300毫秒
int ready_n;
if ((ready_n = select(c_fd + 1, &rset, &wset, NULL, &tval)) == 0) {
close(c_fd); /* timeout */
errno = ETIMEDOUT;
perror("select timeout.\n");
return (-1);
}
if (FD_ISSET(c_fd, &rset)) {
int error;
socklen_t len = sizeof (error);
if (getsockopt(c_fd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &error, &len) < 0) {
cout << "getsockopt error." << endl;
return -1;
}
cout << "in fire." << error << endl;
}
if (FD_ISSET(c_fd, &wset)) {
int error;
socklen_t len = sizeof (error);
if (getsockopt(c_fd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &error, &len) < 0) {
cout << "getsockopt error." << endl;
return -1;
}
cout << "out fire." << error << endl;
}
return 0;
}
int epoll_version(int *fd) {
int c_fd = *fd;
int ep = epoll_create(1024);
struct epoll_event event;
event.events = (uint32_t) (EPOLLIN | EPOLLOUT | EPOLLET);
struct so _data;
_data.fd = c_fd;
_data.val = "test";
event.data.ptr = (void*) &_data;
epoll_ctl(ep, EPOLL_CTL_ADD, c_fd, &event);
struct epoll_event eventArr[1000];
int status, err;
socklen_t len;
err = 0;
len = sizeof (err);
int n = epoll_wait(ep, eventArr, 20, 300);
for (int i = 0; i < n; i++) {
epoll_event ev = eventArr[i];
int events = ev.events;
if (events & EPOLLERR) {
struct so* so_data = (struct so*) ev.data.ptr;
cout << so_data->val << ",err event fire." << endl;
status = getsockopt(c_fd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &err, &len);
cout << status << "," << err << endl;
}
if (events & EPOLLIN) {
struct so* so_data = (struct so*) ev.data.ptr;
cout << so_data->val << ",in event fire." << endl;
status = getsockopt(c_fd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &err, &len);
cout << status << "," << err << endl;
}
if (events & EPOLLOUT) {
struct so* so_data1 = (struct so*) ev.data.ptr;
cout << so_data1->val << ",out event fire." << endl;
}
}
}
int main(int argc, char** argv) {
string ip = "127.0.0.1";
int port = 25698;
int c_fd, flags, ret;
struct sockaddr_in s_addr;
memset(&s_addr, 0, sizeof (s_addr));
s_addr.sin_family = AF_INET;
s_addr.sin_port = htons(port);
s_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip.c_str());
if ((c_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
perror("create socket fail.\n");
exit(0);
}
flags = fcntl(c_fd, F_GETFL, 0);
if (flags < 0) {
perror("get socket flags fail.\n");
return -1;
}
if (fcntl(c_fd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK) < 0) {
perror("set socket O_NONBLOCK fail.\n");
return -1;
}
ret = connect(c_fd, (struct sockaddr*) &s_addr, sizeof (struct sockaddr));
while (ret < 0) {
if (errno == EINPROGRESS) {
break;
} else {
perror("connect remote server fail.\n");
printf("%d\n", errno);
exit(0);
}
}
//select_version(&c_fd);
epoll_version(&c_fd);
return 0;
}
一般的EPOLL事件处理顺序为ERR,IN,OUT,非阻塞connect可以在OUT事件里面加标记位,如果是第一次写事件,即可判断为连接成功,因为失败已经前面处理过了
epoll_event stEvent;
memset(&stEvent, 0, sizeof(epoll_event));
stEvent.events = uEvent;
stEvent.data.ptr = NetSocket;
通过data.ptr设定套接字的处理类型
我们知道，linux下socket编程有常见的几个系统调用：
对于服务器来说， 有socket（）， bind（），listen（）, accept（），read（），write（）
对于客户端来说，有socket（），connect（）
这里主要要讲的是客户端这边的connect函数。
对于客户端来说，需要打开一个套接字，然后与对端服务器连接，例如：
int main(int argc, char **argv)
{
struct sockaddr_in s_addr;
memset(&s_addr, 0, sizeof(s_addr));
s_addr.sin_family = AF_INET;
s_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("remote host");
s_addr.sin_port = htons(remote port);
socklen_t addr_len = sizeof(struct sockaddr);
int c_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
int ret = connect(c_fd, (struct sockaddr*)&s_addr, addr_len);
......
}
当connect上对端服务器之后，就可以使用该套接字发送数据了。
我们知道，如果socket为TCP套接字， 则connect函数会激发TCP的三次握手过程，而三次握手是需要一些时间的，内核中对connect的超时限制是75秒，就是说如果超过75秒则connect会由于超时而返回失败。但是如果对端服务器由于某些问题无法连接，那么每一个客户端发起的connect都会要等待75才会返回，因为socket默认是阻塞的。对于一些线上服务来说，假设某些对端服务器出问题了，在这种情况下就有可能引发严重的后果。或者在有些时候，我们不希望在调用connect的时候阻塞住，有一些额外的任务需要处理；
这种场景下，我们就可以将socket设置为非阻塞，如下代码：
int flags = fcntl(c_fd, F_GETFL, 0);
if(flags < 0) {
return 0;
}
fcntl(c_fd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);
当我们将socket设置为NONBLOCK后，在调用connect的时候，如果操作不能马上完成，那connect便会立即返回，此时connect有可能返回-1， 此时需要根据相应的错误码errno，来判断连接是否在继续进行。
当errno=EINPROGRESS时，这种情况是正常的，此时连接在继续进行，但是仍未完成;同时TCP的三路握手操作继续进行；后续只要用select/epoll去注册对应的事件并设置超时时间来判断连接否是连接成功就可以了。
int ret = connect(c_fd, (struct sockaddr*)&s_addr, addr_len);
while(ret < 0) {
if( errno == EINPROGRESS ) {
break;
} else {
perror("connect fail'\n");
return 0;
}
}
这个地方，我们很可能会判断如果ret小于0，就直接判断连接失败而返回了，没有根据errno去判断EINPROGRESS这个错误码。这里也是昨天在写份程序的时候遇到的一个坑。
使用非阻塞 connect 需要注意的问题是：
1. 很可能 调用 connect 时会立即建立连接（比如，客户端和服务端在同一台机子上），必须处理这种情况。
2. Posix 定义了两条与 select 和 非阻塞 connect 相关的规定：
1）连接成功建立时，socket 描述字变为可写。（连接建立时，写缓冲区空闲，所以可写）
2）连接建立失败时，socket 描述字既可读又可写。 （由于有未决的错误，从而可读又可写）
不过我同时用epoll也做了实验(connect一个无效端口，errno=110, errmsg=connect refused)，当连接失败的时候，会触发epoll的EPOLLERR与EPOLLIN，不会触发EPOLLOUT。
当用select检测连接时，socket既可读又可写，只能在可读的集合通过getsockopt获取错误码。
当用epoll检测连接时，socket既可读又可写，只能在EPOLLERR中通过getsockopt获取错误码。
完整代码如下：
/*
* File: main.cpp
* Created on March 7, 2013, 5:54 PM
*/
#include <cstdlib>
#include <string>
#include <iostream>
#include <sys/epoll.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/select.h>
#include <error.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
using namespace std;
struct so {
int fd;
string val;
};
int select_version(int *fd) {
int c_fd = *fd;
fd_set rset, wset;
struct timeval tval;
FD_ZERO(&rset);
FD_SET(c_fd, &rset);
wset = rset;
tval.tv_sec = 0;
tval.tv_usec = 300 * 1000; //300毫秒
int ready_n;
if ((ready_n = select(c_fd + 1, &rset, &wset, NULL, &tval)) == 0) {
close(c_fd); /* timeout */
errno = ETIMEDOUT;
perror("select timeout.\n");
return (-1);
}
if (FD_ISSET(c_fd, &rset)) {
int error;
socklen_t len = sizeof (error);
if (getsockopt(c_fd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &error, &len) < 0) {
cout << "getsockopt error." << endl;
return -1;
}
cout << "in fire." << error << endl;
}
if (FD_ISSET(c_fd, &wset)) {
int error;
socklen_t len = sizeof (error);
if (getsockopt(c_fd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &error, &len) < 0) {
cout << "getsockopt error." << endl;
return -1;
}
cout << "out fire." << error << endl;
}
return 0;
}
int epoll_version(int *fd) {
int c_fd = *fd;
int ep = epoll_create(1024);
struct epoll_event event;
event.events = (uint32_t) (EPOLLIN | EPOLLOUT | EPOLLET);
struct so _data;
_data.fd = c_fd;
_data.val = "test";
event.data.ptr = (void*) &_data;
epoll_ctl(ep, EPOLL_CTL_ADD, c_fd, &event);
struct epoll_event eventArr[1000];
int status, err;
socklen_t len;
err = 0;
len = sizeof (err);
int n = epoll_wait(ep, eventArr, 20, 300);
for (int i = 0; i < n; i++) {
epoll_event ev = eventArr[i];
int events = ev.events;
if (events & EPOLLERR) {
struct so* so_data = (struct so*) ev.data.ptr;
cout << so_data->val << ",err event fire." << endl;
status = getsockopt(c_fd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &err, &len);
cout << status << "," << err << endl;
}
if (events & EPOLLIN) {
struct so* so_data = (struct so*) ev.data.ptr;
cout << so_data->val << ",in event fire." << endl;
status = getsockopt(c_fd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &err, &len);
cout << status << "," << err << endl;
}
if (events & EPOLLOUT) {
struct so* so_data1 = (struct so*) ev.data.ptr;
cout << so_data1->val << ",out event fire." << endl;
}
}
}
int main(int argc, char** argv) {
string ip = "127.0.0.1";
int port = 25698;
int c_fd, flags, ret;
struct sockaddr_in s_addr;
memset(&s_addr, 0, sizeof (s_addr));
s_addr.sin_family = AF_INET;
s_addr.sin_port = htons(port);
s_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip.c_str());
if ((c_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
perror("create socket fail.\n");
exit(0);
}
flags = fcntl(c_fd, F_GETFL, 0);
if (flags < 0) {
perror("get socket flags fail.\n");
return -1;
}
if (fcntl(c_fd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK) < 0) {
perror("set socket O_NONBLOCK fail.\n");
return -1;
}
ret = connect(c_fd, (struct sockaddr*) &s_addr, sizeof (struct sockaddr));
while (ret < 0) {
if (errno == EINPROGRESS) {
break;
} else {
perror("connect remote server fail.\n");
printf("%d\n", errno);
exit(0);
}
}
//select_version(&c_fd);
epoll_version(&c_fd);
return 0;
}
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