原创 linux应用编程之网络（4）——非阻塞connect的使用及其它

好久没更新博客了，2011年了，也得有个开端才行，所以特意对linux应用编程做了一些总结,现晒出来，希望能给大家一点参考，同时也作为自己的备忘录，何乐而不为之................（学海无涯）-------------------------------------------water

网络编程（4）

非阻塞connect的使用及其它

6关于UDP广播

Udp广播的相关代码如下

int i = 1;// broadcast enabled

setsockopt(socketd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &i, sizeof(i));  

inet_aton("192.168.255.255" , (struct in_addr *)&cliaddr.sin_addr) ;//设置为广播

192.168网段内的所有主机都会收到广播的内容。

当然要确保运行该广播程序的主机的ip的子网掩码与该程序的广播网段相对应才行。即该主机的子网掩码必须是255.255.0.0 本人曾经试过把netmask改为255.255.255.0发现广播失败。

当然最好是把广播地址设置为：

inet_aton("255.255.255.255" , (struct in_addr *)&cliaddr.sin_addr) ;//设置为广播

 

7几个API函数应该注意的地方

1)一般都用getaddrinfo代替较老的gethostbyname（）.本人用后者获取ip时，得到的每次都是127.0.0.1，因为该函数是根据etc/host中的信息得到结果的。（好像是这样）

2)指定IP为INADDR_ANY，意思是系统所安装的所有网卡都可以。

3）如果套接字已经和对方建立了连接，可以用getpeername来得到对方的地址。

4）对于建立连接的connect(),可能瞬时没有链接上导致失败，但可以用指数补偿法来使重试，是系统更稳定。代码如下：

/********************************************************************

* 函数名： connect_retry

 

* 功  能：  connect for socket

* 版本  ：  come from APUE

********************************************************************/

 

#define MAXSLEEP 128

int

connect_retry(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t alen)

{

    int nsec;

 

    /*

    * Try to connect with exponential backoff.

    */

    for (nsec = 1; nsec <= MAXSLEEP; nsec <<= 1) {

        if (connect(sockfd, addr, alen) == 0) {

            /*

            * Connection accepted.

            */

            return(0);

        }

 

        /*

        * Delay before trying again.

        */

        if (nsec <= MAXSLEEP/2)

            usleep(nsec);

    }

    return(-1);

}

5）关于accept()函数:

int accept(int sockfd,struct sockaddr *addr, socklen_ *addrlen)

其返回的值是新建立链接的套接字描述符，可以通过该描述符号用getpeername获取对方的地址信息，也可以直接用形参地址的返回 sockaddr *addr，来获取地址端口信息。

 

6)recv函数的返回值，如果是-1，则表明对方已经断开了链接。常用此来判断对方是否断开连接。

 

7)在编程时注意一些函数关于sockaddrlen的参数的传递，是传递的指针还是值，别弄错。

如sendto()的最后一个参数是 int tolen（值）,而recvform()的该参数是int *formlen（指针）

 

 

8）关于非阻塞connect的使用：

 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);

*/