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linux 客户端 Socket 非阻塞connect getsockopt不可用

分类: linux-C  |  标签: socket,linux,网络,编程,unix,struct  |  作者: taolinke 相关  |  发布日期 : 2014-12-01  |  热度 : 6°

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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);
*/