Linux下TCP非阻塞连接的方法

一、背景

TCP连接函数用于连接服务器端口，若服务器地址不存在时，并不能在短时间内返回连接结果；

二、相关知识

1、连接超时机制

在非阻塞的socket下，调用connect连接函数会一直阻塞到连接建立或者连接失败，连接建立的时候那时间比较快，而失败的时候分错误情况如连接超时ETIMEOUT将为75秒到几分钟的时间。

2、非阻塞socket

非阻塞socket在调用后立刻返回结果，不会阻塞当前线程，并能够从当前结果结合 errno 进行判断执行的情况；

非阻塞socket一般配合I/O复用模型（epoll、select）去监控、处理多个I/O；

三、实现

主要步骤：

1、临时设置socket属性为非阻塞；

2、进行connect函数调用；

3、通过select检测socket是否可写；

4、处理异常，恢复socket原属性；

主入口，输入地址、端口、超时时间，输出socket句柄值：

int api_tcp_connect_setup_nonblock(u32 u32ip, u16 u16port, int *pdst_fd, int timeout_sec)
{
    struct sockaddr_in dst_addr = {0};
    struct sockaddr_in lcl_addr = {0};
    memset(&dst_addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));
    memset(&lcl_addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));
    dst_addr.sin_family = AF_INET;
    dst_addr.sin_addr.s_addr = u32ip;
    dst_addr.sin_port = u16port;
    lcl_addr.sin_family = AF_INET;
    lcl_addr.sin_addr.s_addr = 0;
    lcl_addr.sin_port = 0;
    return __connect_setup_nonblock_b(lcl_addr, dst_addr, pdst_fd, timeout_sec);
}

二层嵌套，这个主要就是根据输入的本地绑定的地址lcl_addr（可选）、连接的目的地址dst_addr去完成连接；

static int __connect_setup_nonblock_b(struct sockaddr_in lcl_addr, 
                                      struct sockaddr_in dst_addr, 
                                      int *pdst_fd, 
                                      int timeout_sec)
{
    int ret      = FAILURE;
    /* socket options */
    int old_option = 0;
    int new_option = 0;

    int reuse = 1;

    /* select */
    fd_set writefds;
    struct timeval timeout;

    /* reset socket error */
    int error = 0;
    socklen_t elen = sizeof(error);
    if ( !pdst_fd ) {
        LOGW("input err\n");
        goto _E1;
    }

    *pdst_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if ( *pdst_fd == FAILURE ) {
        LOGE("socket\n");
        goto _E1;
    }
    ret = setsockopt(*pdst_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (const char*)&reuse, sizeof(reuse));
    if ( ret != SUCCESS ) {
        LOGE("Setsockopt() SO_REUSEADDR failed \n");
        goto _E2;
    }
    ret = bind(*pdst_fd, (struct sockaddr *)&lcl_addr, sizeof(struct sockaddr_in));
    if ( ret != SUCCESS ) {
        LOGE("Bind fail\n");
        goto _E2;
    }

    /* Set nonblocking */
    old_option = fcntl(*pdst_fd, F_GETFL);
    new_option = old_option | O_NONBLOCK;
    fcntl(*pdst_fd, F_SETFL, new_option);

    ret = connect(*pdst_fd, (struct sockaddr*)&dst_addr, sizeof(struct sockaddr_in));
    if ( ret == 0 ) {
        fcntl(*pdst_fd, F_SETFL, old_option);
        LOGD("connect success immediately\n");
        goto _S0;
    }
    else if ( errno != EINPROGRESS )
    {
        /* Connect error */
        LOGE("connect\n");
        goto _E2;
    }

    FD_ZERO(&writefds);
    FD_SET(*pdst_fd, &writefds);
    timeout.tv_sec  = timeout_sec;
    timeout.tv_usec = 0;

    ret = select(*pdst_fd + 1, NULL, &writefds, NULL, &timeout);
    if ( ret <= 0 ) {
        /* timeout or error */
        LOGE("timeout or error\n");
        goto _E2;
    }
    if ( !FD_ISSET(*pdst_fd, &writefds) ) {
        /* Not socketfd found */
        LOGE("Not socketfd found\n");
        goto _E2;
    }
    ret = getsockopt(*pdst_fd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, (char *)&error, &elen);
    if ( ret < 0 ) {
        LOGE("getsockopt error\n");
        goto _E2;
    }
    if ( error != 0 ) {
        /* Connect failed after select */
        LOGW("Connect failed after select with the error: %d %s\n", error, strerror(error));
        goto _E2;
    }

    LOGD("connect success after select\n");
    /* Connect success, set to old fnctl option */
    fcntl(*pdst_fd, F_SETFL, old_option);
    goto _S0;
_E2:
    CLOSE_SOCK(*pdst_fd);
_E1:
    return FAILURE;
_S0:
    return SUCCESS;
}

需要注意的就是 connect 之后的 select 处理去判断连接是否成功；

select 返回 0，表示连接超时；

select 返回1，检测连接是否可写，

若套接字不可写则是有异常；

若套接字可写则还得使用 SO_ERROR 看看套接字上是否存在有待处理的错误如 ECONNREFUSED、ETIMEDOUT；

四、总结

非阻塞connect接口主要用于控制连接的时间，防止异常连接带来的过长的CPU占用；

而需要注意的是select 对套接字有所限制，当进程已经开启1024个fd后，select 接口将会导致错误，得考虑换成 epoll_wait 接口；

并且再进一步考虑时，就得考虑可移植性了，网上所说的主要围绕 getsockopt 函数的可移植问题；

参考文章：

[1] Socket连接超时, http://www.cnblogs.com/highriver/archive/2012/01/16/2324035.html

[2] 关于阻塞非阻塞, http://blog.csdn.net/hguisu/article/details/7453390