UNIX网络编程卷１：套接字联网-第16章:非阻塞式I/O
1.可能阻塞的4类套接字调用：
1）输入操作，包括read,readv,recv,recvfrom,recvmsg。对于非阻塞的套接字，如果输入操作不能被满足（对于TCP套接字即至少有一个字节的数据可读，对于UDP套接字即有一个完整的数据报可读），相应调用将立即返回一个EWOULDBLOCK错误。
2）输出操作，包括write、writev、send、sendto和sendmsg。对于一个非阻塞的TCP套接字，如果其发送缓冲区中根本没有空间，输出函数调用将立即返回一个EWOULDBLOCK错误。如果其发送缓冲区中有一些空间，返回值将是内核能够复制到该缓冲区中的字节数。
3）接受外来连接，即accept函数。如果对于一个非阻塞的套接字调用accept函数，并且尚无新的连接到达，accept调用将立即返回一个EWOULDBLOCK错误。
4）发起外来连接，即用于tcp的connect函数。对于一个非阻塞的tcp套接字调用connect，并且连接不能立即建立，那么连接的建立能照样发起，不过会返回一个EINPROGRESS错误。且，有些连接可以立即建立，通常发生在服务器和客户处于同一个主机
以下代码来自unix网络编程卷1
使用非阻塞式I/O版本，防止进程在可做任何有效工作期间发生阻塞
2.非阻塞式I/O的str_cli版本
非阻塞式I/O的加入，使得程序对缓冲区的管理明显复杂化
以下程序维护两个缓冲区：to容纳从标准输入到服务器去的数据，fr容纳自服务器到标准输出的数据。
/* include nonb1 */
#include "unp.h"
void
str_cli(FILE *fp, int sockfd)
{
int maxfdp1, val, stdineof;
ssize_t n, nwritten;
fd_set rset, wset;
char to[MAXLINE], fr[MAXLINE];
char *toiptr, *tooptr, *friptr, *froptr;
val = Fcntl(sockfd, F_GETFL, 0);
Fcntl(sockfd, F_SETFL, val | O_NONBLOCK);
val = Fcntl(STDIN_FILENO, F_GETFL, 0);
Fcntl(STDIN_FILENO, F_SETFL, val | O_NONBLOCK);
val = Fcntl(STDOUT_FILENO, F_GETFL, 0);
Fcntl(STDOUT_FILENO, F_SETFL, val | O_NONBLOCK);
toiptr = tooptr = to; /* initialize buffer pointers */
friptr = froptr = fr;
stdineof = 0;
maxfdp1 = max(max(STDIN_FILENO, STDOUT_FILENO), sockfd) + 1;
for ( ; ; ) {
FD_ZERO(&rset);
FD_ZERO(&wset);
if (stdineof == 0 && toiptr < &to[MAXLINE])
FD_SET(STDIN_FILENO, &rset); /* read from stdin */
if (friptr < &fr[MAXLINE])
FD_SET(sockfd, &rset); /* read from socket */
if (tooptr != toiptr)
FD_SET(sockfd, &wset); /* data to write to socket */
if (froptr != friptr)
FD_SET(STDOUT_FILENO, &wset); /* data to write to stdout */
Select(maxfdp1, &rset, &wset, NULL, NULL);
/* end nonb1 */
/* include nonb2 */
if (FD_ISSET(STDIN_FILENO, &rset)) {
if ( (n = read(STDIN_FILENO, toiptr, &to[MAXLINE] - toiptr)) < 0) {
if (errno != EWOULDBLOCK)
err_sys("read error on stdin");
} else if (n == 0) {
#ifdef VOL2
fprintf(stderr, "%s: EOF on stdin\n", gf_time());
#endif
stdineof = 1; /* all done with stdin */
if (tooptr == toiptr)
Shutdown(sockfd, SHUT_WR);/* send FIN */
} else {
#ifdef VOL2
fprintf(stderr, "%s: read %d bytes from stdin\n", gf_time(), n);
#endif
toiptr += n; /* # just read */
FD_SET(sockfd, &wset); /* try and write to socket below */
}
}
if (FD_ISSET(sockfd, &rset)) {
if ( (n = read(sockfd, friptr, &fr[MAXLINE] - friptr)) < 0) {
if (errno != EWOULDBLOCK)
err_sys("read error on socket");
} else if (n == 0) {
#ifdef VOL2
fprintf(stderr, "%s: EOF on socket\n", gf_time());
#endif
if (stdineof)
return; /* normal termination */
else
err_quit("str_cli: server terminated prematurely");
} else {
#ifdef VOL2
fprintf(stderr, "%s: read %d bytes from socket\n",
gf_time(), n);
#endif
friptr += n; /* # just read */
FD_SET(STDOUT_FILENO, &wset); /* try and write below */
}
}
/* end nonb2 */
/* include nonb3 */
if (FD_ISSET(STDOUT_FILENO, &wset) && ( (n = friptr - froptr) > 0)) {
if ( (nwritten = write(STDOUT_FILENO, froptr, n)) < 0) {
if (errno != EWOULDBLOCK)
err_sys("write error to stdout");
} else {
#ifdef VOL2
fprintf(stderr, "%s: wrote %d bytes to stdout\n",
gf_time(), nwritten);
#endif
froptr += nwritten; /* # just written */
if (froptr == friptr)
froptr = friptr = fr; /* back to beginning of buffer */
}
}
if (FD_ISSET(sockfd, &wset) && ( (n = toiptr - tooptr) > 0)) {
if ( (nwritten = write(sockfd, tooptr, n)) < 0) {
if (errno != EWOULDBLOCK)
err_sys("write error to socket");
} else {
#ifdef VOL2
fprintf(stderr, "%s: wrote %d bytes to socket\n",
gf_time(), nwritten);
#endif
tooptr += nwritten; /* # just written */
if (tooptr == toiptr) {
toiptr = tooptr = to; /* back to beginning of buffer */
if (stdineof)
Shutdown(sockfd, SHUT_WR); /* send FIN */
}
}
}
}
}
/* end nonb3 */
str_cli的较简单版本（把应用程序任务划分到多个进程或多个线程）
#include "unp.h"
void
str_cli(FILE *fp, int sockfd)
{
pid_t pid;
char sendline[MAXLINE], recvline[MAXLINE];
if ( (pid = Fork()) == 0) { /* child: server -> stdout */
while (Readline(sockfd, recvline, MAXLINE) > 0)
Fputs(recvline, stdout);
kill(getppid(), SIGTERM); /* in case parent still running */
exit(0);
}
/* parent: stdin -> server */
while (Fgets(sendline, MAXLINE, fp) != NULL)
Writen(sockfd, sendline, strlen(sendline));
Shutdown(sockfd, SHUT_WR); /* EOF on stdin, send FIN */
pause();
return;
}
- TCP连接是全双工的
- 父子进程共享一个套接字
- 我们fork子进程后，父进程往该套接字中写，子进程从该套接字中读（任务分开，进程各干各的）
3.str_cli执行时间对比
以下来自unix网络编程卷1的测试结果
测试环境：从一个solaris客户机向RTT为175毫秒的一个服务器主机复制2000行文本
| 非阻塞式I/O版本 | 6.9秒 |
| 线程化版本 | 8.5秒 |
| fork版本 | 8.7秒 |
| select加阻塞式I/O版本 | 12.3秒 |
| 停等版本 | 354.0秒 |
4.非阻塞connect
非阻塞connect的三个用途：
- 我们可以把三路握手叠加在其他处理上，完成一个connect要花一个RTT时间，这段时间内我们可以执行其他要处理的工作。
- 我们可以使用这个技术同时建立多个连接
- 使用select等待连接的建立，我们可以给select指定一个时间限制，使得我们能够缩短connect的超时
怎么使用connect：
先将套接字描述符设置为非阻塞，然后按照常规网络编程，直到调用connect时，connect将立即返回一个EINPROGRESS错误（ps： 已经发起的三路握手继续执行）。我们
接着使用I/O复用（比如 select）检测这个连接或成功或失败的已建立条件
需要注意的处理细节
- 尽管套接字是非阻塞的，如果连接的服务器在同一主机上，我们调用connect时，连接通常立刻建立。
- 关于select和非阻塞connect的以下两个规则:当连接成功建立时，描述符变为可写，当连接建立遇到失败时，描述符变为既可读又可写。
注：以下代码来自unix网络编程卷1
1.非阻塞connect：
#include "unp.h"
int
connect_nonb(int sockfd, const SA *saptr, socklen_t salen, int nsec)
{
int flags, n, error;
socklen_t len;
fd_set rset, wset;
struct timeval tval;
flags = Fcntl(sockfd, F_GETFL, 0);
Fcntl(sockfd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);
error = 0;
if ( (n = connect(sockfd, saptr, salen)) < 0)
if (errno != EINPROGRESS)
return(-1);
/* Do whatever we want while the connect is taking place. */
if (n == 0)
goto done; /* connect completed immediately */
FD_ZERO(&rset);
FD_SET(sockfd, &rset);
wset = rset;
tval.tv_sec = nsec;
tval.tv_usec = 0;
if ( (n = Select(sockfd+1, &rset, &wset, NULL,
nsec ? &tval : NULL)) == 0) {
close(sockfd); /* timeout */
errno = ETIMEDOUT;
return(-1);
}
if (FD_ISSET(sockfd, &rset) || FD_ISSET(sockfd, &wset)) {
len = sizeof(error);
if (getsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &error, &len) < 0)
return(-1); /* Solaris pending error */
} else
err_quit("select error: sockfd not set");
done:
Fcntl(sockfd, F_SETFL, flags); /* restore file status flags */
if (error) {
close(sockfd); /* just in case */
errno = error;
return(-1);
}
return(0);
}
如何判断非阻塞connect调用后，连接是否成功建立：
- 上述程序使用的方法：先判断套接字可读或可写条件，然后调用getsockopt，检查套接字上是否存在待处理错误
- 调用getpeername代替getsockopt。
- 以值为0的长度参数调用read
- 再调用connect一次
以上具体参见unix网络编程卷1
5.非阻塞accept
1.当使用select获悉某个监听套接字上何时有已完成连接准备被accept时，总是把这个监听套接字设置为非阻塞
2.在后续的accept调用中忽略以下错误：EWOULDBLOCK(源自bk，客户终止连接时），ECONNABORTED(POSIX实现，客户终止连接时，EPROTO（SVR4实现，客户中止连接时）和EINTR（如果有信号被捕获）