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 超时时间是大约21秒！

注意：如果connect 127.x.x.x  xxx  kkkk 会立即返回因为127开头的是网卡自身，你可以ping一下，发现都是通的，且等同于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
", 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
", sendbuf );

    int old_option = fcntl( sock, F_GETFL );
    printf("noblock: %d
", 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
", ret);
    if (  ret == 0 )
    {
        //
        printf("call getsockname ...
");
        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
",
            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
", sec, (double)msec / 1000000 );

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

    printf("after connected!
");

    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
", ret);
    if ( ret == 0 )
    {
        printf( "connect with server immediately
" );
        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
", ret);
        printf( "unblock connect failed!
" );
        return -1;
    }
    else if (errno == EINPROGRESS)
    {
    	printf( "unblock mode socket is connecting...
" );
    }

    //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
" ); 
        close( sockfd );
        return -1;
    }

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

    if( error != 0 )
    {
        printf( "connection failed after select with the error: %d 
", error );
        close( sockfd );
        return -1;
    }
    
    //connection successful!
    printf( "connection ready after select with the socket: %d 
", 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
", 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
");
        return 1;
    }
    //shutdown( sockfd, SHUT_WR ); //disable read and write
    printf( "send data out
" );
    send( sockfd, "abc", 3, 0 );
    shutdown( sockfd, SHUT_WR ); //disable read and write
    close(sockfd);
    return 0;
}

　　

建立socket后默认connect()函数为阻塞连接状态，在大多数实现中，connect的超时时间在75s至几分钟之间，想要缩短超时时间，可解决问题的两种方法：方法一、将socket句柄设置为非阻塞状态，方法二、采用信号处理函数设置阻塞超时控制。

在一个TCP套接口被设置为非阻塞之后调用connect,connect会立即返回EINPROGRESS错误,表示连接操作正在进行中,但是仍未完成;同时TCP的三路握手操作继续进行;在这之后,我们可以调用select来检查这个链接是否建立成功;非阻塞connect有三种用途:
1.我们可以在三路握手的同时做一些其它的处理.connect操作要花一个往返时间完成,而且可以是在任何地方,从几个毫秒的局域网到几百毫秒或几秒的广域网.在这段时间内我们可能有一些其他的处理想要执行;
2.可以用这种技术同时建立多个连接.在Web浏览器中很普遍;
3.由于我们使用select来等待连接的完成,因此我们可以给select设置一个时间限制,从而缩短connect的超时时间.在大多数实现中,connect的超时时间在75秒到几分钟之间.有时候应用程序想要一个更短的超时时间,使用非阻塞connect就是一种方法;
非阻塞connect听起来虽然简单,但是仍然有一些细节问题要处理:
1.即使套接口是非阻塞的,如果连接的服务器在同一台主机上,那么在调用connect建立连接时,连接通常会立即建立成功.我们必须处理这种情况;
2.源自Berkeley的实现(和Posix.1g)有两条与select和非阻塞IO相关的规则:
A:当连接建立成功时,套接口描述符变成可写;
B:当连接出错时,套接口描述符变成既可读又可写;
注意:当一个套接口出错时,它会被select调用标记为既可读又可写;

非阻塞connect有这么多好处,但是处理非阻塞connect时会遇到很多可移植性问题;

处理非阻塞connect的步骤:
第一步:创建socket,返回套接口描述符;
第二步:调用fcntl把套接口描述符设置成非阻塞;
第三步:调用connect开始建立连接;
第四步:判断连接是否成功建立;
A:如果connect返回0,表示连接简称成功(服务器可客户端在同一台机器上时就有可能发生这种情况);
B:调用select来等待连接建立成功完成;
如果select返回0,则表示建立连接超时;我们返回超时错误给用户,同时关闭连接,以防止三路握手操作继续进行下去;
如果select返回大于0的值,则需要检查套接口描述符是否可读或可写;如果套接口描述符可读或可写,则我们可以通过调用getsockopt来得到套接口上待处理的错误(SO_ERROR),如果连接建立成功,这个错误值将是0,如果建立连接时遇到错误,则这个值是连接错误所对应的errno值(比如:ECONNREFUSED,ETIMEDOUT等).
"读取套接口上的错误"是遇到的第一个可移植性问题;如果出现问题,getsockopt源自Berkeley的实现是返回0,等待处理的错误在变量errno中返回;但是Solaris会让getsockopt返回-1,errno置为待处理的错误;我们对这两种情况都要处理;

这样,在处理非阻塞connect时,在不同的套接口实现的平台中存在的移植性问题,首先,有可能在调用select之前,连接就已经建立成功,而且对方的数据已经到来.在这种情况下,连接成功时套接口将既可读又可写.这和连接失败时是一样的.这个时候我们还得通过getsockopt来读取错误值;这是第二个可移植性问题;
移植性问题总结:
1.对于出错的套接口描述符,getsockopt的返回值源自Berkeley的实现是返回0,待处理的错误值存储在errno中;而源自Solaris的实现是返回-1,待处理的错误存储在errno中;(套接口描述符出错时调用getsockopt的返回值不可移植)
2.有可能在调用select之前,连接就已经建立成功,而且对方的数据已经到来,在这种情况下,套接口描述符是既可读又可写;这与套接口描述符出错时是一样的;(怎样判断连接是否建立成功的条件不可移植)

这样的话,在我们判断连接是否建立成功的条件不唯一时,我们可以有以下的方法来解决这个问题:
1.调用getpeername代替getsockopt.如果调用getpeername失败,getpeername返回ENOTCONN,表示连接建立失败,我们必须以SO_ERROR调用getsockopt得到套接口描述符上的待处理错误;
2.调用read,读取长度为0字节的数据.如果read调用失败,则表示连接建立失败,而且read返回的errno指明了连接失败的原因.如果连接建立成功,read应该返回0;
3.再调用一次connect.它应该失败,如果错误errno是EISCONN,就表示套接口已经建立,而且第一次连接是成功的;否则,连接就是失败的;

被中断的connect:
如果在一个阻塞式套接口上调用connect,在TCP的三路握手操作完成之前被中断了,比如说,被捕获的信号中断,将会发生什么呢?假定connect不会自动重启,它将返回EINTR.那么,这个时候,我们就不能再调用connect等待连接建立完成了,如果再次调用connect来等待连接建立完成的话,connect将会返回错误值EADDRINUSE.在这种情况下,应该做的是调用select,就像在非阻塞式connect中所做的一样.然后,select在连接建立成功(使套接口描述符可写)或连接建立失败(使套接口描述符既可读又可写)时返回;

方法二、定义信号处理函数：

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);

首先定义一个中断信号处理函数u_alarm_handler，用于超时后的报警处理，然后定义一个2秒的定时器，执行connect，当系统connect成功，则系统正常执行下去；如果connect不成功阻塞在这里，则超过定义的2秒后，系统会产生一个信号，触发执行u_alarm_handler函数， 当执行完u_alarm_handler后，程序将继续从connect的下面一行执行下去。
其中，处理函数可以如下定义，也可以加入更多的错误处理。

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