今天继续学习socket编程，这次主要是学习超时方法的封装，内容如下：
①、alarm【不常用，了解既可】
它的实现思路是这样的：
但是这种方案有一定的问题，因为闹钟可能会作为其它的用途，这时所设置的闹钟跟其它用途的闹钟会产生冲突，而这些冲突的解决，会比较麻烦，这里就不多讨论了，因为不使用它，仅了解既可，是不会用闹钟的方式来实现超时的。
②、套接字选项【不常用，了解既可】
SO_SNDTIMEO：发送的超时时间
SO_RCVTIMEO：接收的超时时间
具体实现思路是这样的：
但是，也不会用这种方式，因为存在移植兼容的问题。
③、select【常用，这次学习的重点】
read_timeout函数封装:
下面会仔细分析是如何封装的，在封装之后，先看下函数原形：
所以，先不关心它是如何实现的，依照这个函数原形，其使用方法如下【伪代码】：
另外，如果想按照正常的方式来处理，可以将超时参数传0既可，如下：
下面将整个函数的实现贴出来，比较容易理解，这里就不一一赘述了，里面的注释比较详细:
/** * 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;//默认返回值为0，也就是未超时 if (wait_seconds > 0) {//如果当传过来的超时时间大于0时才做select超时处理 fd_set read_fdset; struct timeval timeout;//超时参数 FD_ZERO(&read_fdset); FD_SET(fd, &read_fdset);//将描述符加入到可读集合中 //设置超时 timeout.tv_sec = wait_seconds;//只关心秒 timeout.tv_usec = 0;//不关心微秒 do { ret = select(fd + 1, &read_fdset, NULL, NULL, &timeout);//这时传入超时时间 } while (ret < 0 && errno == EINTR/** 如果是中断信号，则忽略 **/); if (ret == 0) {//表示已经超时 ret = -1; errno = ETIMEDOUT; } else if (ret == 1)//表示没有超时，成功产生了可读事件 ret = 0; } return ret; }
【说明】：对于这个工具方法，重在理解是如何封装的，不一定要自己完全写，之后可以直接拿过来用。
write_timeout函数封装:
当理解了read_timeout函数的实现，对于写函数的实现就不难了，下面直接贴出来，基本类似，就不多说了：
/** * write_timeout - 读超时检测函数，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;//只是这时变成了写的集合 struct timeval timeout; FD_ZERO(&write_fdset); FD_SET(fd, &write_fdset);//将入到写集合中 timeout.tv_sec = wait_seconds; timeout.tv_usec = 0; do { ret = select(fd + 1, NULL, NULL, &write_fdset, &timeout); } while (ret < 0 && errno == EINTR); if (ret == 0) { ret = -1; errno = ETIMEDOUT; } else if (ret == 1) ret = 0; } return ret; }
accept_timeout函数封装:
关于这个函数的封装也不是太难理解，下面也以注释的方式贴出来：
/** * 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，超时返回-1并且errno = ETIMEDOUT */ int accept_timeout(int fd, struct sockaddr_in *addr, unsigned int wait_seconds) { int ret;//返回值 socklen_t addrlen = sizeof(struct sockaddr_in);//定义一个地址的长度 if (wait_seconds > 0) {//如果超时时间大于0才进行select超时处理，否则不检测超时，直接调用accept fd_set accept_fdset;//定义一个集合 struct timeval timeout;//定义一个超时结构体 FD_ZERO(&accept_fdset); FD_SET(fd, &accept_fdset);//加入集合 timeout.tv_sec = wait_seconds;//设置超时时间 timeout.tv_usec = 0; do { ret = select(fd + 1, &accept_fdset, NULL, NULL, &timeout); } while (ret < 0 && errno == EINTR); if (ret == -1)//代表select失败了 return -1; else if (ret == 0) {//超时了 errno = ETIMEDOUT; return -1; } } //如果走到这里，证明检测到了事件，则需要对其进行处理；或者是超时时间没有设置也会走到这 if (addr != NULL)//有地址的accept，这时不再阻塞 ret = accept(fd, (struct sockaddr*)addr, &addrlen);//此时返回连接套接字 else//无地址的accept ret = accept(fd, NULL, NULL); if (ret == -1)//表示accept失败 ERR_EXIT("accept"); return ret; }
connect_timeout函数封装:这个函数最难~
首先先明白一点，为啥要设置连接超时呢？这里需要从连接建立的三次握手说起，如下图：
下面来看下具体函数的实现，相比前几个，这个要复杂一些，因为不能够直接调用connect()，一旦调用了它，就意味着阻塞了，所以说希望不能阻塞的方式调用，所以需要将文件描述符设置为非阻塞模式，这里封装成了一个方法，如下：
/** * activate_noblock - 设置I/O为非阻塞模式 * @fd: 文件描符符 */ void activate_nonblock(int fd) { int ret; int flags = fcntl(fd, F_GETFL);//获得原来的模式 if (flags == -1) ERR_EXIT("fcntl"); flags |= O_NONBLOCK;//设置非阻塞模式 ret = fcntl(fd, F_SETFL, flags); if (ret == -1) ERR_EXIT("fcntl"); }
另外，还配对一个清除非阻塞模式的方法：
/** * deactivate_nonblock - 设置I/O为阻塞模式 * @fd: 文件描符符 */ void deactivate_nonblock(int fd) { int ret; int flags = fcntl(fd, F_GETFL); if (flags == -1) ERR_EXIT("fcntl"); flags &= ~O_NONBLOCK; ret = fcntl(fd, F_SETFL, flags); if (ret == -1) ERR_EXIT("fcntl"); }
【说明】:关于上面两个函数的实现，可以参考之前学习的fcntl函数。
/** * connect_timeout - connect * @fd: 套接字 * @addr: 要连接的对方地址 * @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);//设置套接字为非阻塞模式 ret = connect(fd, (struct sockaddr*)addr, addrlen); if (ret < 0 && errno == EINPROGRESS) {//连接正在处理，这时应该用select检测连接的超时 fd_set connect_fdset;//定义一个连接的集合 struct timeval timeout; FD_ZERO(&connect_fdset);//将连接加入集合中 FD_SET(fd, &connect_fdset); timeout.tv_sec = wait_seconds;//定义超时时间 timeout.tv_usec = 0; do { /* 一量连接建立，套接字就可写，这里是将关心写的事件 */ ret = select(fd + 1, NULL, &connect_fdset, NULL, &timeout); } while (ret < 0 && errno == EINTR); if (ret == 0) {//表示连接超时了 ret = -1; errno = ETIMEDOUT; } else if (ret < 0)//连接失败了 return -1; else if (ret == 1) {//这时检测到有可写事件了 /* 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，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);//获取套接字的错误 if (sockoptret == -1) {//表示获取套接字错误 return -1; } if (err == 0) {//连接建立成功 ret = 0; } else {//套接字产生错误 errno = err; ret = -1; } } } if (wait_seconds > 0) { deactivate_nonblock(fd);//还原套接字为阻塞模式 } return ret; }
下面用程序来使用一下上面的超时函数，还是用回射服务端/客户程序，但是不是用之前的，而是用一个最简单的，重在测试：
srv.c:
#include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> #include <signal.h> #include <sys/wait.h> #include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <errno.h> #include <string.h> #define ERR_EXIT(m) do { perror(m); exit(EXIT_FAILURE); } while(0) int main(void) { int listenfd; if ((listenfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 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 = htonl(INADDR_ANY); int on = 1; if (setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0) ERR_EXIT("setsockopt"); if (bind(listenfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0) ERR_EXIT("bind"); if (listen(listenfd, SOMAXCONN) < 0) ERR_EXIT("listen"); struct sockaddr_in peeraddr; socklen_t peerlen; int conn; if ((conn = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&peeraddr, &peerlen)) < 0) ERR_EXIT("accept"); printf("ip=%s port=%d ", inet_ntoa(peeraddr.sin_addr), ntohs(peeraddr.sin_port)); return 0; }
cli.c:
#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);//设置超时为5秒 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; }
为了看清楚connect_timeout内部执行的流程是怎么样,可以在其内部打印一些日志就知道了，加入日志如下：
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);//设置套接字为非阻塞模式 ret = connect(fd, (struct sockaddr*)addr, addrlen); if (ret < 0 && errno == EINPROGRESS) {//连接正在处理，这时应该用select检测连接的超时 printf("AAAAA "); fd_set connect_fdset;//定义一个连接的集合 struct timeval timeout; FD_ZERO(&connect_fdset);//将连接加入集合中 FD_SET(fd, &connect_fdset); timeout.tv_sec = wait_seconds;//定义超时时间 timeout.tv_usec = 0; do { /* 一量连接建立，套接字就可写，这里是将关心写的事件 */ ret = select(fd + 1, NULL, &connect_fdset, NULL, &timeout); } while (ret < 0 && errno == EINTR); if (ret == 0) {//表示连接超时了 ret = -1; errno = ETIMEDOUT; } else if (ret < 0)//连接失败了 return -1; else if (ret == 1) {//这时检测到有可写事件了 printf("BBBBB "); /* 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，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);//获取套接字的错误 if (sockoptret == -1) {//表示获取套接字错误 return -1; } if (err == 0) {//连接建立成功 printf("CCCCCC "); ret = 0; } else {//套接字产生错误 printf("DDDDDDD "); errno = err; ret = -1; } } } if (wait_seconds > 0) { deactivate_nonblock(fd);//还原套接字为阻塞模式 } return ret; }
编译运行：
由于connect本地模拟不了超时效果，因为没有网络拥塞的情况，下面可以演示一个错误，就是在服务端没有运行时，直接运行客户端，如下：
这是在客户端这一段代码报出来的：
由于数据比较少，虽说已经封装好了超时的函数，但是不好演示网络拥塞导致的超时，不过，重在理解代码，好了，下节继续~