套接字I/O超时设置方法和用select实现超时

注：如无特殊说明，sockfd 原始状态都是阻塞的。

一、使用alarm 函数设置超时

 C++ Code 

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void handler(int sig) { } signal(SIGALRM, handler); alarm(5); int ret = read(fd, buf, sizeof(buf)); if (ret == -1 && errno == EINTR)     errno = ETIMEOUT; else if (ret >= 0)     alarm(0); .................

程序大概框架如上所示，如果read在5s内被SIGALRM信号中断而返回，则表示超时，否则未超时已读取到数据，取消闹钟。但这种方法不常用，因为有时可能在其他地方使用了alarm会造成混乱。

二、使用套接字选项SO_SNDTIMEO、SO_RCVTIMEO

 C++ Code 

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struct timeval timeout = {3,0};  setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, (char *)&timeout, sizeof(struct timeval)); int ret = read(sock, buf, sizeof(buf)); if (ret == -1 && errno == EWOULDBLOCK)     errno = ETIMEOUT; ..........

即使用setsockopt 函数进行设置，但这种方法可移植性比较差，不是每种系统实现都有这些选项。

三、使用select 实现超时

下面程序包含read_timeout、write_timeout、accept_timeout、connect_timeout 四个函数封装

 C++ Code 

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/*************************************************************************     > File Name: sysutil.c     > Author: Simba     > Mail: dameng34@163.com     > Created Time: Sat 02 Mar 2013 10:53:06 PM CST  ************************************************************************/ #include "sysutil.h" /* read_timeout - 读超时检测函数，不含读操作  * fd:文件描述符  * wait_seconds:等待超时秒数， 如果为0表示不检测超时；  * 成功（未超时）返回0，失败返回-1，超时返回-1并且errno = ETIMEDOUT  */ int read_timeout(int fd, unsigned int wait_seconds) {     int ret = 0;     if (wait_seconds > 0)     {         fd_set read_fdset;         struct timeval timeout;         FD_ZERO(&read_fdset);         FD_SET(fd, &read_fdset);         timeout.tv_sec = wait_seconds;         timeout.tv_usec = 0;         do         {             ret = select(fd + 1, &read_fdset, NULL, NULL, &timeout); //select会阻塞直到检测到事件或者超时             // 如果select检测到可读事件发送，则此时调用read不会阻塞         }         while (ret < 0 && errno == EINTR);         if (ret == 0)         {             ret = -1;             errno = ETIMEDOUT;         }         else if (ret == 1)             return 0;     }     return ret; } /* write_timeout - 写超时检测函数，不含写操作  * fd:文件描述符  * wait_seconds:等待超时秒数， 如果为0表示不检测超时；  * 成功（未超时）返回0，失败返回-1，超时返回-1并且errno = ETIMEDOUT  */ int write_timeout(int fd, unsigned int wait_seconds) {     int ret = 0;     if (wait_seconds > 0)     {         fd_set write_fdset;         struct timeval timeout;         FD_ZERO(&write_fdset);         FD_SET(fd, &write_fdset);         timeout.tv_sec = wait_seconds;         timeout.tv_usec = 0;         do         {             ret = select(fd + 1, NULL, &write_fdset, NULL, &timeout);         }         while (ret < 0 && errno == EINTR);         if (ret == 0)         {             ret = -1;             errno = ETIMEDOUT;         }         else if (ret == 1)             return 0;     }     return ret; } /* accept_timeout - 带超时的accept  * fd: 套接字  * addr: 输出参数，返回对方地址  * wait_seconds: 等待超时秒数，如果为0表示正常模式  * 成功（未超时）返回已连接套接字，失败返回-1，超时返回-1并且errno = ETIMEDOUT  */ int accept_timeout(int fd, struct sockaddr_in *addr, unsigned int wait_seconds) {     int ret;     socklen_t addrlen = sizeof(struct sockaddr_in);     if (wait_seconds > 0)     {         fd_set accept_fdset;         struct timeval timeout;         FD_ZERO(&accept_fdset);         FD_SET(fd, &accept_fdset);         timeout.tv_sec = wait_seconds;         timeout.tv_usec = 0;         do         {             ret = select(fd + 1, &accept_fdset, NULL, NULL, &timeout);         }         while (ret < 0 && errno == EINTR);         if (ret == -1)             return -1;         else if (ret == 0)         {             errno = ETIMEDOUT;             return -1;         }     }     if (addr != NULL)         ret = accept(fd, (struct sockaddr *)addr, &addrlen);     else         ret = accept(fd, NULL, NULL);     if (ret == -1)         ERR_EXIT("accpet error");     return ret; } /* activate_nonblock - 设置IO为非阻塞模式  * fd: 文件描述符  */ void activate_nonblock(int fd) {     int ret;     int flags = fcntl(fd, F_GETFL);     if (flags == -1)         ERR_EXIT("fcntl error");     flags |= O_NONBLOCK;     ret = fcntl(fd, F_SETFL, flags);     if (ret == -1)         ERR_EXIT("fcntl error"); } /* deactivate_nonblock - 设置IO为阻塞模式  * fd: 文件描述符  */ void deactivate_nonblock(int fd) {     int ret;     int flags = fcntl(fd, F_GETFL);     if (flags == -1)         ERR_EXIT("fcntl error");     flags &= ~O_NONBLOCK;     ret = fcntl(fd, F_SETFL, flags);     if (ret == -1)         ERR_EXIT("fcntl error"); } /* connect_timeout - 带超时的connect  * fd: 套接字  * addr: 输出参数，返回对方地址  * wait_seconds: 等待超时秒数，如果为0表示正常模式  * 成功（未超时）返回0，失败返回-1，超时返回-1并且errno = ETIMEDOUT  */ int connect_timeout(int fd, struct sockaddr_in *addr, unsigned int wait_seconds) {     int ret;     socklen_t addrlen = sizeof(struct sockaddr_in);     if (wait_seconds > 0)         activate_nonblock(fd);     ret = connect(fd, (struct sockaddr *)addr, addrlen);     if (ret < 0 && errno == EINPROGRESS)     {         fd_set connect_fdset;         struct timeval timeout;         FD_ZERO(&connect_fdset);         FD_SET(fd, &connect_fdset);         timeout.tv_sec = wait_seconds;         timeout.tv_usec = 0;         do         {             /* 一旦连接建立，套接字就可写 */             ret = select(fd + 1, NULL, &connect_fdset, NULL, &timeout);         }         while (ret < 0 && errno == EINTR);         if (ret == 0)         {             errno = ETIMEDOUT;             return -1;         }         else if (ret < 0)             return -1;         else if (ret == 1)         {             /* ret返回为1，可能有两种情况，一种是连接建立成功，一种是套接字产生错误              * 此时错误信息不会保存至errno变量中（select没出错）,因此，需要调用              * getsockopt来获取 */             int err;             socklen_t socklen = sizeof(err);             int sockoptret = getsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &err, &socklen);             if (sockoptret == -1)                 return -1;             if (err == 0)                 ret = 0;             else             {                 errno = err;                 ret = -1;             }         }     }     if (wait_seconds > 0)         deactivate_nonblock(fd);     return ret; }

下面来解析一下这些函数的封装：

1、read_timeout ：如注释所写，这只是读超时检测函数，并不包含读操作，如果从此函数成功返回，则此时调用read将不再阻塞，测试代码可以这样写：

 C++ Code 

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int ret; ret = read_timeout(fd, 5); if (ret == 0)     read(fd, buf, sizeof(buf)); else if (ret == -1 && errno == ETIMEOUT)     printf("timeout... "); else     ERR_EXIT("read_timeout");

如果 read_timeout(fd, 0); 则表示不检测超时，函数直接返回为0，此时再调用read 将会阻塞。

当wait_seconds 参数大于0，则进入if 括号执行，将超时时间设置为select函数的超时时间结构体，select会阻塞直到检测到事件发生或者超时。如果select返回-1且errno 为EINTR，说明是被信号中断，需要重启select；如果select返回0表示超时；如果select返回1表示检测到可读事件；否则select返回-1 表示出错。

2、write_timeout ：此函数跟read_timeout 函数类似，只是select 关心的是可写事件，不再赘述。

3、accept_timeout ：此函数是带超时的accept 函数，如果能从if (wait_seconds > 0) 括号执行后向下执行，说明select 返回为1，检测到已连接队列不为空，此时再调用accept 不再阻塞，当然如果wait_seconds == 0 则像正常模式一样，accept 阻塞等待，注意，accept 返回的是已连接套接字。

4、connect_timeout ：在调用connect前需要使用fcntl 函数将套接字标志设置为非阻塞，如果网络环境很好，则connect立即返回0，不进入if 大括号执行；如果网络环境拥塞，则connect返回-1且errno == EINPROGRESS，表示正在处理。此后调用select与前面3个函数类似，但这里关注的是可写事件，因为一旦连接建立，套接字就可写。还需要注意的是当select 返回1，可能有两种情况，一种是连接成功，一种是套接字产生错误，由这里可知，这两种情况都会产生可写事件，所以需要使用getsockopt来获取一下。退出之前还需重新将套接字设置为阻塞。

我们可以写个小程序测试一下connect_timeout 函数，客户端程序如下：

 C++ Code 

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#include "sysutil.h" int main(void) {     int sock;     if ((sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)) < 0)         ERR_EXIT("socket");     struct sockaddr_in servaddr;     memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));     servaddr.sin_family = AF_INET;     servaddr.sin_port = htons(5188);     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");     int ret = connect_timeout(sock, &servaddr, 5);     if (ret == -1 && errno == ETIMEDOUT)     {         printf("timeout... ");         return 1;     }     else if (ret == -1)         ERR_EXIT("connect_timeout");     struct sockaddr_in localaddr;     socklen_t addrlen = sizeof(localaddr);     if (getsockname(sock, (struct sockaddr *)&localaddr, &addrlen) < 0)         ERR_EXIT("getsockname");     printf("ip=%s port=%d ", inet_ntoa(localaddr.sin_addr), ntohs(localaddr.sin_port));     return 0; }

因为是在本机上测试，所以不会出现超时的情况，但出错的情况还是可以看到的，比如不要启动服务器端程序，而直接启动客户端程序，输出如下：

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/socket$ ./echocli_timeout 
connect_timeout: Connection refused

很明显是connect_timeout 函数返回了-1，我们也可以推算出connect_timeout 函数中，select返回1，但却是套接字发生错误的情况，errno = ECONNREFUSED，所以打印出Connection refused。

在这里可以粗略说下tcp connect 的机制，connect 只是完成发送 syn 的过程，后续的两次握手由协议栈完成。如果 fd 是 阻塞的，则 connect 会一直

等到超时或者连接成功返回；如果 fd 是非阻塞的，则 connect 会立刻返回，但此时协议栈是否已经完成连接要判断下返回值和 errno；无论 fd 阻塞还

是非阻塞，如果没有设置超时，则当重传 syn 次数达到 sysctl net.ipv4.tcp_syn_retries  时才超时结束，重传 syn 的时间采取指数退避的方式，假设 

syn_retries 为5， 则分别为 1, 2, 4, 8, 16, 32 ... 即在目标 ip 不可达时要几十秒才 timeout（如果是ip 可达，但没有对应的监听端口，则在一次重试

后，对端机器会发送reset 标志，连接结束，耗时 1s 多），故：

如果是非阻塞方式，按照stevens 建议，如上面的做法即可；

如果是阻塞方式，可以用 setsockopt 设置 SO_SNDTIMEO 即可。

参考：

《Linux C 编程一站式学习》

《TCP/IP详解 卷一》

《UNP》