阻塞與非阻塞的IO網絡讀寫

看我之前的文章就知道，一般對於網絡讀的socket，都會加上O_NONBLOCK，非阻塞的選項。

int setnonblocking(int fd) {
  int old_option = fcntl(fd, F_GETFL);
  int new_option = old_option | O_NONBLOCK;
  fcntl(fd, F_SETFL, new_option);
  return old_option;
} 

為什么要加上呢。是為了效率。下面詳細說一下阻塞和非阻塞。

基本概念：

阻塞IO: 必須做完IO操作才會返回。

非阻塞IO：操作成功與否，都會返回，需要通過其他方式判斷具體操作是否成功。

 

讀

阻塞與非阻塞的區別：沒有數據到達的時候，是否立刻返回。

讀（read, recv, msgrcv）:

注意，這里的讀，只是負責把數據從底層系統緩存copy到我們指定的位置。實際的數據到達是系統做的。

 

阻塞情況（read, recv, msgrcv的行為）：

1. 如果沒有數據，會一直等待；

2. 有數據時候會讀到用戶指定的緩存區，但是如果數據量比較少，少於參數指定的大小，read也會立即返回，而不會一直等到數據足夠。

阻塞讀的原則：數據不超過指定長度的時候，有多少讀多少，沒有數據就會一直等待。

所以一般情況下，都需要采用循環讀的方式，因為一次read不能保證讀完需要的全部數據。

 

非阻塞情況（read, recv, msgrcv的行為）

1. 沒有數據，就立即返回；

2. 有數據，也是采用有多少讀多少的方式來處理。

所以，read完一次，要判斷讀到的數據長度或者錯誤碼再決定是否再次讀取。注意這里的EAGAIN錯誤碼是需要繼續讀取，而返回0是對方已關閉連接。

對非阻塞socket而言，EAGAIN不是一種錯誤。在VxWorks和Windows上，EAGAIN的名字叫做EWOULDBLOCK。錯誤信息為Resource temporarily unavailable，errno代碼為11(EAGAIN)。

如果出現EINTR即errno為4，錯誤描述Interrupted system call，操作也應該繼續。

EINTR指操作被中斷喚醒，需要重新讀/寫。
而EAGAGIN不需要重新讀/寫已經操作的數據。

最后，如果recv的返回值為0，那表明連接已經斷開，我們的接收操作也應該結束。

 

綜上，對於讀而言，阻塞與非阻塞的區別在於，沒有數據到達的時候是否立刻返回。

而recv函數有一個 MSG_WAITALL的參數。

recv(sockfd, buff, buff_size, MSG_WAITALL);

這個參數意味着recv會爭取等到數據填滿buff_size再返回，但是如果有中斷的情況, recv還是會被大端，造成沒有讀完buff_size的長度。

所以即使采用了recv+MSG_WAITALL的方式，還是要循環讀取，當然在大多數情況下是能讀滿的。

注意：MSG_WAITALL只能在阻塞模式下使用，和非阻塞模式不能同時使用。

 

寫

寫（write/send/msgsnd）的本質也是把用戶態數據copy到系統底層去，然后由系統進行發送和實際寫操作。只要完成了copy，就意味着寫完成。

 

阻塞情況（write/send/msgsnd的行為）

與阻塞讀有多少讀多少不同的是，阻塞寫會一直阻塞，直到所有數據都完成，再返回。

這是因為，讀的時候不知道需要讀多少，防止一直等不到足夠的數據；而寫的時候是知道要寫多少數據的。不過也可能被中斷，大多數情況是能夠寫完的。

 

非阻塞情況（write/send/msgsnd的行為）

非阻塞寫，就是有多少寫多少。能夠寫多少是根據本地網絡擁塞情況為標准的，當網絡擁塞嚴重的時候，網絡層沒有足夠的內存來進行寫操作，就會出現寫不完的情況；這時候，阻塞寫除非被中斷，都會等到數據都寫完；而非阻塞寫，就是能寫多少算多少。

 

IO模式設置方式

Socket：

方法1: 文章開始的方式，對flags加O_NONBLOCK; （注：如果想設置成非阻塞，這樣：flags&~O_NONBLOCK）

方法2: recv, send函數的參數，最后一個參數設置成 MSG_DONTWAIT，如下：

recv(sockfd, buff, buff_size, MSG_DONTWAIT);
send(sockfd, buff, buff_size, MSG_DONTWAIT);

對當次的函數，為非阻塞。

 

普通文件：

方法1: open函數的第二個參數加上 O_NONBLOCK，函數說明如下：

#include <fcntl.h>int open(const char *pathname, int oflag, ... /* mode_t mode */);
open函數用來打開或創建一個文件，若成功返回文件描述符，否則返回-1。
pathname是要打開或創建文件的名字。
oflag參數是下列一個或多個常量執行按位或運算的結果殺
O_RDONLY　　只讀打開
O_WRONLY　 只寫打開
O_RDWR 讀寫打開

上面三個常量必須指定一個並且只能指定一個，下面一些常量則是可選的：
O_APPEND　　將寫入追加到文件的尾端
O_CREAT 若文件不存在，則創建它。使用該選項時，需要第三個參數mode，用來指定新文件的訪問權限位
O_EXCL 如果同時指定了O_CREAT，而文件已經存在，則會出錯
O_TRUNC 如果此文件存在，而且為只寫或讀寫模式成功打開，則將其長度截短為0
O_NOCTTY 如果pathname指的是終端設備，則不將該設備分配作為此進程的控制終端
O_NONBLOCK 如果pathname指的是一個FIFO文件、塊設備文件或字符設備文件，則此選項將文件的本次打開操作和后續的I/O操作設置為非阻塞模式

 

方法2，同socket的方法1，用F_SETFL和flags|O_NONBLOCK.

 

 

消息隊列：

msgsnd和msgrcv的最后一個參數加上 IPC_NOWAIT：

int  msgsnd (int msqid,  const void *ptr, size_t length, IPC_NOWAIT) ;

參數flag的值可以指定為IPC_NOWAIT。這類似於文件IO的非阻塞IO標志。若消息隊列已滿，則指定IPC_NOWAIT使得msgsnd立即出錯返回EAGAIN。
如果沒有指定IPC_NOWAIT，則進程阻塞直到下述情況出現為止：①有空間可以容納要發送的消息 ②從系統中刪除了此隊列（返回EIDRM“標識符被刪除”）③捕捉到一個信號,並從信號處理程序返回（返回EINTR）



ssize_t msgrcv (int msqid,  void* ptr,  size_t length,  long type, IPC_NOWAIT) ;

參數ptr指定所接收消息的存放位置。參數length指定了數據部分大小(只想要多長的數據)
參數type指定希望從隊列中讀出什么樣的消息。
type == 0 返回隊列中的第一個消息
type > 0  返回隊列中消息類型為type的第一個消息
type < 0  返回隊列中消息類型值小於或等於type絕對值的消息，如果這種消息有若干個。則取類型值最小的消息。
（如果一個消息隊列由多個客戶進程和一個服務器進程使用，那么type字段可以用來包含客戶進程的進程ID）
 
參數flag可以指定為IPC_NOWAIT，使操作不阻塞。

這類似於文件IO的非阻塞IO標志。比如msgsnd，若消息隊列已滿，則指定IPC_NOWAIT使得msgsnd立即出錯返回EAGAIN。