linux 客户端 Socket 非阻塞connect编程

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
        1.三次握手同时作其余的处理。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余的处理要执行，好比数据准备，预处理等。
        2.用这种技术创建多个链接。这在web浏览器中很广泛.
        3.因为程序用select等待链接完成，能够设置一个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。有时程序但愿在等待必定时间内结束，使用非阻塞connect能够防止阻塞75秒，在多线程网络编程中，尤为必要。   例若有一个经过创建线程与其余主机进行socket通讯的应用程序，若是创建的线程使用阻塞connect与远程通讯，当有几百个线程并发的时候，因为网络延迟而所有阻塞，阻塞的线程不会释放系统的资源，同一时刻阻塞线程超过必定数量时候，系统就再也不容许创建新的线程（每一个进程因为进程空间的缘由能产生的线程有限），若是使用非阻塞的connect，链接失败使用select等待很短期，若是尚未链接后，线程马上结束释放资源，防止大量线程阻塞而使程序崩溃。
目前connect非阻塞编程的广泛思路是：
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。以后能够用select函数检查这个链接是否创建成功。如下实验基于unix网络编程和网络上给出的广泛示例，在通过大量测试以后，发现其中有不少方法，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，通讯端口以下： */

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.创建socket套接字：

if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
{
perror("socket creat error");
return 1;
}

 

// 3.将socket创建为非阻塞，此时socket被设置为非阻塞模式

flags = fcntl(sockfd,F_GETFL,0);//获取创建的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. 创建connect链接，此时socket设置为非阻塞，connect调用后，不管链接是否创建当即返回-1，同时将errno（包含errno.h就能够直接使用）设置为EINPROGRESS, 表示此时tcp三次握手仍旧进行，若是errno不是EINPROGRESS，则说明链接错误，程序结束。
当客户端和服务器端在同一台主机上的时候，connect回立刻结束，并返回0；无需等待，因此使用goto函数跳过select等待函数，直接进入链接后的处理部分。*/

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函数等待正在后台链接的connect函数，这里须要说明的是使用select监听socket描述符是否可读或者可写，若是只可写，说明链接成功，能够进行下面的操做。若是描述符既可读又可写，分为两种状况，第一种状况是socket链接出现错误（不要问为何，这是系统规定的，可读可写时候有多是connect链接成功后远程主机断开了链接close(socket)），第二种状况是connect链接成功，socket读缓冲区获得了远程主机发送的数据。须要经过connect链接后返回给errno的值来进行断定，或者经过调用 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，但在其余系统中可能返回0.我首先按unix网络编程的源码进行实现。以下：*/

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。
       但是我在linux下，不管网络是否发生错误，getsockopt始终返回0，不返回-1，说明linux与unix网络编程仍是有些细微的差异。就是说当socket描述符可读可写的时候，这段代码不起做用。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链接，这时候select返回2，说明套接口可读又可写，应该是网络链接的出错状况。
      此时，getsockopt返回0，不起做用。获取errno的值，指示为EINPROGRESS，没有返回unix网络编程中说的ENOTCONN，EINPROGRESS表示正在试图链接，不能表示网络已经链接失败。
      针对这种状况，unix网络编程中提出了另外3种方法，这3种方法，也是网络上给出的经常使用的非阻塞connect示例：
    a.再调用connect一次。失败返回errno是EISCONN说明链接成功，表示刚才的connect成功，不然返回失败。 代码以下：*/

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继续执行其余操做，不然程序结束。

        但这种方法我在linux下测试了，当发生错误的时候,socket描述符（个人程序里是sockfd）变成可读且可写，但第二次调用connect 后，errno并无返回EISCONN，,也没有返回链接失败的错误，仍旧是EINPROGRESS，而当网络不发生故障的时候，第二次使用 connect链接也返回EINPROGRESS，所以也没法经过再次connect来判断链接是否成功。
     b.unix网络编程中说使用read函数，若是失败，表示connect失败，返回的errno指明了失败缘由，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，若是链接失败，调用该函数后，经过errno来判断第一次链接是否成功，但我试过了，不管网络链接是否成功，errno都没变化，都为EINPROGRESS，没法判断。
       悲哀啊，即便调用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，因此我直接当描述符可读可写的状况下进行发送，经过可否获取服务器的返回值来判断是否成功。(若是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，但不经过返回值来判断，而经过函数的返回参数来判断。

6. 用select查看接收描述符，若是可读，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从新赋值为描述符，由于select会对 rset清零，当调用select后，若是socket没有变为可读，则rset在select会被置零。因此若是在程序中使用了rset，最好在使用时候从新对rset赋值。
程序以下：*/

FD_ZERO(&rset);
FD_SET(sockfd,&rset);//若是前面select使用了rset，最好从新赋值
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完整代码综合以下：

 

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
//建立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;
}

}
//若是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，不用从新置为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);
}