linux-socket connect阻塞和非阻塞模式 示例

~/cpp$ ./connect 192.168.1.234 1234 kkkk

block mode:  ubuntu 14.04 : time used:21.0.001053s

connect 超時時間是大約21秒！

注意：如果connect 127.x.x.x  xxx  kkkk 會立即返回因為127開頭的是網卡自身，你可以ping一下，發現都是通的，且等同於127.0.0.1

#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <assert.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/time.h>

#define BUFFER_SIZE 512

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;
}


int main( int argc, char* argv[] )
{
    if( argc <= 3 )
    {
        printf( "usage: %s ip_address port_number send_bufer_size\n", basename( argv[0] ) );
        return 1;
    }
    const char* ip = argv[1];
    int port = atoi( argv[2] );

    struct sockaddr_in server_address;
    bzero( &server_address, sizeof( server_address ) );
    server_address.sin_family = AF_INET;
    inet_pton( AF_INET, ip, &server_address.sin_addr );
    server_address.sin_port = htons( port );

    int sock = socket( PF_INET, SOCK_STREAM, 0 );
    assert( sock >= 0 );

    int sendbuf = atoi( argv[3] );
    int len = sizeof( sendbuf );
    setsockopt( sock, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, &sendbuf, sizeof( sendbuf ) );
    getsockopt( sock, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, &sendbuf, ( socklen_t* )&len );
    printf( "the tcp send buffer size after setting is %d\n", sendbuf );

    int old_option = fcntl( sock, F_GETFL );
    printf("noblock: %d\n", old_option & O_NONBLOCK); //0-->block mode

    //int oldopt = setnonblocking(sock); set nonblock mode!

    struct  timeval tv1, tv2;
    gettimeofday(&tv1, NULL);

	int ret = connect( sock, ( struct sockaddr* )&server_address, sizeof( server_address ) );
	printf("connect ret code is: %d\n", ret);
    if (  ret == 0 )
    {
        //
        printf("call getsockname ...\n");
        struct sockaddr_in local_address;
        socklen_t length;
        int ret = getpeername(sock, ( struct sockaddr* )&local_address, &length);
        assert(ret == 0);
        char local[INET_ADDRSTRLEN ];
        printf( "local with ip: %s and port: %d\n",
            inet_ntop( AF_INET, &local_address.sin_addr, local, INET_ADDRSTRLEN ), ntohs( local_address.sin_port ) );
        //

        char buffer[ BUFFER_SIZE ];
        memset( buffer, 'a', BUFFER_SIZE );
        send( sock, buffer, BUFFER_SIZE, 0 );
    }
    else if (ret == -1)
    {
    	gettimeofday(&tv2, NULL);
    	suseconds_t msec = tv2.tv_usec - tv1.tv_usec;
    	time_t sec = tv2.tv_sec - tv1.tv_sec;
    	printf("time used:%d.%fs\n", sec, (double)msec / 1000000 );

    	printf("connect failed...\n");
    	if (errno == EINPROGRESS)
    	{
    		printf("unblock mode ret code...\n");
    	}
    }
    else
    {
    	printf("ret code is: %d\n", ret);
    }

    printf("after connected!\n");

    close( sock );
    return 0;
}

　　

非阻塞模式：

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

#define BUFFER_SIZE 1023

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;
}

int unblock_connect( const char* ip, int port, int time )
{
    int ret = 0;
    struct sockaddr_in address;
    bzero( &address, sizeof( address ) );
    address.sin_family = AF_INET;
    inet_pton( AF_INET, ip, &address.sin_addr );
    address.sin_port = htons( port );

    int sockfd = socket( PF_INET, SOCK_STREAM, 0 );
    int fdopt = setnonblocking( sockfd );
    ret = connect( sockfd, ( struct sockaddr* )&address, sizeof( address ) );
    printf("connect ret code = %d\n", ret);
    if ( ret == 0 )
    {
        printf( "connect with server immediately\n" );
        fcntl( sockfd, F_SETFL, fdopt );   //set old optional back
        return sockfd;
    }
    //unblock mode --> connect return immediately! ret = -1 & errno=EINPROGRESS
    else if ( errno != EINPROGRESS ) 
    {
    	printf("ret = %d\n", ret);
        printf( "unblock connect failed!\n" );
        return -1;
    }
    else if (errno == EINPROGRESS)
    {
    	printf( "unblock mode socket is connecting...\n" );
    }

    //use select to check write event, if the socket is writable, then 
    //connect is complete successfully!
    fd_set readfds;
    fd_set writefds;
    struct timeval timeout;

    FD_ZERO( &readfds );
    FD_SET( sockfd, &writefds );

    timeout.tv_sec = time; //timeout is 10 minutes
    timeout.tv_usec = 0;

    ret = select( sockfd + 1, NULL, &writefds, NULL, &timeout );
    if ( ret <= 0 )
    {
        printf( "connection time out\n" ); 
        close( sockfd );
        return -1;
    }

    if ( ! FD_ISSET( sockfd, &writefds  ) )
    {
        printf( "no events on sockfd found\n" );
        close( sockfd );
        return -1;
    }

    int error = 0;
    socklen_t length = sizeof( error );
    if( getsockopt( sockfd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &error, &length ) < 0 )
    {
        printf( "get socket option failed\n" );
        close( sockfd );
        return -1;
    }

    if( error != 0 )
    {
        printf( "connection failed after select with the error: %d \n", error );
        close( sockfd );
        return -1;
    }
    
    //connection successful!
    printf( "connection ready after select with the socket: %d \n", sockfd );
    fcntl( sockfd, F_SETFL, fdopt ); //set old optional back
    return sockfd;
}

int main( int argc, char* argv[] )
{
    if( argc <= 2 )
    {
        printf( "usage: %s ip_address port_number\n", basename( argv[0] ) );
        return 1;
    }
    const char* ip = argv[1];
    int port = atoi( argv[2] );

    int sockfd = unblock_connect( ip, port, 10 );
    if ( sockfd < 0 )
    {
    	printf("sockfd error! return -1\n");
        return 1;
    }
    //shutdown( sockfd, SHUT_WR ); //disable read and write
    printf( "send data out\n" );
    send( sockfd, "abc", 3, 0 );
    shutdown( sockfd, SHUT_WR ); //disable read and write
    close(sockfd);
    return 0;
}

　　

 

建立socket后默認connect()函數為阻塞連接狀態，在大多數實現中，connect的超時時間在75s至幾分鍾之間，想要縮短超時時間，可解決問題的兩種方法：方法一、將socket句柄設置為非阻塞狀態，方法二、采用信號處理函數設置阻塞超時控制。

在一個TCP套接口被設置為非阻塞之后調用connect,connect會立即返回EINPROGRESS錯誤,表示連接操作正在進行中,但是仍未完成;同時TCP的三路握手操作繼續進行;在這之后,我們可以調用select來檢查這個鏈接是否建立成功;非阻塞connect有三種用途:
1.我們可以在三路握手的同時做一些其它的處理.connect操作要花一個往返時間完成,而且可以是在任何地方,從幾個毫秒的局域網到幾百毫秒或幾秒的廣域網.在這段時間內我們可能有一些其他的處理想要執行;
2.可以用這種技術同時建立多個連接.在Web瀏覽器中很普遍;
3.由於我們使用select來等待連接的完成,因此我們可以給select設置一個時間限制,從而縮短connect的超時時間.在大多數實現中,connect的超時時間在75秒到幾分鍾之間.有時候應用程序想要一個更短的超時時間,使用非阻塞connect就是一種方法;
非阻塞connect聽起來雖然簡單,但是仍然有一些細節問題要處理:
1.即使套接口是非阻塞的,如果連接的服務器在同一台主機上,那么在調用connect建立連接時,連接通常會立即建立成功.我們必須處理這種情況;
2.源自Berkeley的實現(和Posix.1g)有兩條與select和非阻塞IO相關的規則:
A:當連接建立成功時,套接口描述符變成可寫;
B:當連接出錯時,套接口描述符變成既可讀又可寫;
注意:當一個套接口出錯時,它會被select調用標記為既可讀又可寫;

 

非阻塞connect有這么多好處,但是處理非阻塞connect時會遇到很多可移植性問題;

 

處理非阻塞connect的步驟:
第一步:創建socket,返回套接口描述符;
第二步:調用fcntl把套接口描述符設置成非阻塞;
第三步:調用connect開始建立連接;
第四步:判斷連接是否成功建立;
A:如果connect返回0,表示連接簡稱成功(服務器可客戶端在同一台機器上時就有可能發生這種情況);
B:調用select來等待連接建立成功完成;
如果select返回0,則表示建立連接超時;我們返回超時錯誤給用戶,同時關閉連接,以防止三路握手操作繼續進行下去;
如果select返回大於0的值,則需要檢查套接口描述符是否可讀或可寫;如果套接口描述符可讀或可寫,則我們可以通過調用getsockopt來得到套接口上待處理的錯誤(SO_ERROR),如果連接建立成功,這個錯誤值將是0,如果建立連接時遇到錯誤,則這個值是連接錯誤所對應的errno值(比如:ECONNREFUSED,ETIMEDOUT等).
"讀取套接口上的錯誤"是遇到的第一個可移植性問題;如果出現問題,getsockopt源自Berkeley的實現是返回0,等待處理的錯誤在變量errno中返回;但是Solaris會讓getsockopt返回-1,errno置為待處理的錯誤;我們對這兩種情況都要處理;

 

這樣,在處理非阻塞connect時,在不同的套接口實現的平台中存在的移植性問題,首先,有可能在調用select之前,連接就已經建立成功,而且對方的數據已經到來.在這種情況下,連接成功時套接口將既可讀又可寫.這和連接失敗時是一樣的.這個時候我們還得通過getsockopt來讀取錯誤值;這是第二個可移植性問題;
移植性問題總結:
1.對於出錯的套接口描述符,getsockopt的返回值源自Berkeley的實現是返回0,待處理的錯誤值存儲在errno中;而源自Solaris的實現是返回-1,待處理的錯誤存儲在errno中;(套接口描述符出錯時調用getsockopt的返回值不可移植)
2.有可能在調用select之前,連接就已經建立成功,而且對方的數據已經到來,在這種情況下,套接口描述符是既可讀又可寫;這與套接口描述符出錯時是一樣的;(怎樣判斷連接是否建立成功的條件不可移植)

 

這樣的話,在我們判斷連接是否建立成功的條件不唯一時,我們可以有以下的方法來解決這個問題:
1.調用getpeername代替getsockopt.如果調用getpeername失敗,getpeername返回ENOTCONN,表示連接建立失敗,我們必須以SO_ERROR調用getsockopt得到套接口描述符上的待處理錯誤;
2.調用read,讀取長度為0字節的數據.如果read調用失敗,則表示連接建立失敗,而且read返回的errno指明了連接失敗的原因.如果連接建立成功,read應該返回0;
3.再調用一次connect.它應該失敗,如果錯誤errno是EISCONN,就表示套接口已經建立,而且第一次連接是成功的;否則,連接就是失敗的;

 

被中斷的connect:
如果在一個阻塞式套接口上調用connect,在TCP的三路握手操作完成之前被中斷了,比如說,被捕獲的信號中斷,將會發生什么呢?假定connect不會自動重啟,它將返回EINTR.那么,這個時候,我們就不能再調用connect等待連接建立完成了,如果再次調用connect來等待連接建立完成的話,connect將會返回錯誤值EADDRINUSE.在這種情況下,應該做的是調用select,就像在非阻塞式connect中所做的一樣.然后,select在連接建立成功(使套接口描述符可寫)或連接建立失敗(使套接口描述符既可讀又可寫)時返回;

 

方法二、定義信號處理函數：

1. sigset(SIGALRM, u_alarm_handler);
2. alarm(2);
3. code = connect(socket_fd, (struct sockaddr*)&socket_st, sizeof(struct sockaddr_in));
4. alarm(0);
5. sigrelse(SIGALRM);

 

首先定義一個中斷信號處理函數u_alarm_handler，用於超時后的報警處理，然后定義一個2秒的定時器，執行connect，當系統connect成功，則系統正常執行下去；如果connect不成功阻塞在這里，則超過定義的2秒后，系統會產生一個信號，觸發執行u_alarm_handler函數， 當執行完u_alarm_handler后，程序將繼續從connect的下面一行執行下去。
其中，處理函數可以如下定義，也可以加入更多的錯誤處理。

 

1. void u_alarm_handler()
2. {
3. }