socket网络编程快速上手（二）——细节问题（4）

5.慢系统调用及EINTR

  还记得前面readn和writen函数么？里面有个EINTR，现在就来谈谈这个，这个很重要。

  Linux世界有个叫信号的东西，感觉他就像一位隐士，很少遇到他，而他又无处不在。当你船到桥头时，他从天而降，将你领入另一片天地。（唉，博客再写下去我都可以改行了）前面已经初步窥探了信号的神奇，一个“小小”的SIGPIPE能让我们不知道怎么回事就惨遭“灭门”。那还有其他千千万万的信号呢，是不是也会对我们写的网络程序表现出神奇的现象。答案：有！还有很多！

  写到这，才发现自己还没涉及网络编程涉及的那些函数，这也是一项基础知识的学习。在前面知识的基础上，相信很快能掌握那些套接字函数。因此，那些函数的说明也就不罗嗦了，说实话，即使你用错了也影响不大，编译器会帮你发现大部分问题（当然，最好不要有这种偷懒的表现）。继续谈细节。

  我们可以发现，诸如：read、write、select、connect、accept这些函数都是阻塞的，阻塞是啥意思？就是说跑到他们，如果条件不合适，程序就只能死等了，下不去了（想到了下水道，呵呵）。

  话说死等就死等呗，正好拿他作为条件符合的判断依据。没错，正常想法就是这样，可万一不是因为正常原因让他苏醒，那就不好了，睡着被吵醒脾气还是很大的。有人要笑了，怎么可能，下水道堵了只有等到下水管通了才行啊，这不是很简单的道理吗？可是，我想说，还有一种可能：下水管裂了！！！扯多了，我们看一下测试程序（以accept来做试验）：

  这次来高级一点的，搞个多进程，我很少用多进程，所以用错了不要笑我。服务器程序：

  1 #include <stdio.h>
  2 #include <stdlib.h>
  3 #include <string.h>
  4 #include <unistd.h>
  5 #include <sys/types.h>
  6 #include <sys/socket.h>
  7 #include <netinet/in.h>
  8 #include <arpa/inet.h>
  9 #include <signal.h>
 10 #include <errno.h>
 11 
 12 #define  PORT         1234
 13 #define  BACKLOG      5
 14 #define  MAXDATASIZE  1000
 15 
 16 void sig_chld(int signo)
 17 {
 18    pid_t pid;
 19    int stat = 0;
 20 
 21    pid = wait(&stat);
 22    printf("child %d terminated(stat:%d)\n", pid, stat);
 23    
 24    return;
 25 }
 26 
 27 void signal_ex(int signo, void* func)
 28 {
 29     struct sigaction act, oact;
 30     
 31     act.sa_handler = func;
 32     sigemptyset(&act.sa_mask); //清空此信号集
 33     act.sa_flags = 0;
 34     
 35     if (sigaction(signo, &act, &oact) < 0)
 36     {
 37         printf("sig err!\n");
 38     }
 39 
 40     //sigaction(SIGINT, &oact, NULL); //恢复成原始状态
 41     return;
 42 }
 43 
 44 int main()
 45 {
 46     int  listenfd, connectfd;
 47     struct  sockaddr_in server;
 48     struct  sockaddr_in client;
 49     socklen_t  addrlen;
 50     char    szbuf[MAXDATASIZE + 1] = {0};
 51     int     num = 0;
 52     pid_t   pid_child;
 53     
 54     if ((listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
 55     {
 56         perror("Creating  socket failed.");
 57         exit(1);
 58     }
 59     
 60     int opt = SO_REUSEADDR;
 61     setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));
 62     
 63     bzero(&server, sizeof(server));
 64     server.sin_family = AF_INET;
 65     server.sin_port = htons(PORT);
 66     server.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
 67     if (bind(listenfd, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server)) == -1) 
 68     {
 69         perror("Bind()error.");
 70         exit(1);
 71     }   
 72     if (listen(listenfd, BACKLOG) == -1)
 73     {
 74         perror("listen()error\n");
 75         exit(1);
 76     }
 77 
 78     signal_ex(SIGCHLD, sig_chld);
 79     while (1)
 80     {
 81         addrlen = sizeof(client);
 82         printf("start accept!\n");
 83         if ((connectfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&client, &addrlen)) == -1) 
 84         {
 85             #if 0
 86             if (EINTR == errno)
 87             {
 88                 printf("EINTR!\n");
 89                 continue;
 90             }
 91             #endif
 92             
 93             perror("accept()error\n");
 94             exit(1);
 95         }
 96         printf("You got a connection from cient's ip is %s, prot is %d\n", inet_ntoa(client.sin_addr), htons(client.sin_port));
 97 
 98         if (0 == (pid_child = fork()))
 99         {
100             close(connectfd);
101             close(listenfd);
102             printf("child a ha!\n");
103             sleep(10);
104             exit(0);
105         }
106         
107         close(connectfd);
108         connectfd = -1;
109     }
110     
111     close(listenfd);
112     
113     return 0;
114 }

server_eintr

  客户端程序：

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <stdlib.h>
 3 #include <unistd.h>
 4 #include <string.h>
 5 #include <sys/types.h>
 6 #include <sys/socket.h>
 7 #include <netinet/in.h>
 8 #include <netdb.h>
 9 #include <signal.h>
10 
11 #define  PORT        1234
12 #define  MAXDATASIZE 1000
13 
14 int main(int argc, char *argv[])
15 {
16     int  sockfd, num;
17     char  szbuf[MAXDATASIZE] = {0};
18     struct sockaddr_in server;
19     
20     if (argc != 2) 
21     {
22         printf("Usage:%s <IP Address>\n", argv[0]);
23         exit(1);
24     }
25 
26     signal(SIGPIPE, SIG_IGN);
27     
28     if ((sockfd=socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
29     {
30         printf("socket()error\n");
31         exit(1);
32     }
33     bzero(&server, sizeof(server));
34     server.sin_family = AF_INET;
35     server.sin_port = htons(PORT);
36     server.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
37     if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server)) == -1)
38     {
39         printf("connect()error\n");
40         exit(1);
41     }
42 
43     memset(szbuf, 'a', sizeof(szbuf));
44     while (1)
45     {
46         printf("a send\n");
47         //send(sockfd, szbuf, sizeof(szbuf), 0);
48         sleep(10);
49     }
50     
51     close(sockfd);
52     
53     return 0;
54 }

client_eintr

  运行后，打印如下：

 

  在刚开始写程序时，我们往往会很相信系统调用，我们总是会认为系统调用很可靠，基本不会失败。注意，只是基本，因为我们说这话的时候本身信心就不足。因此，很多人在调用系统调用后就不考虑返回值、不考虑出错处理了，这是多么危险的一种心态。当然，也有些人，本身对某个系统调用不了解，但他有很强的责任意识，他会认为系统调用一旦出错，那说明系统就出大问题了，该直接退出整个进程。后者当然是无可厚非的，起码主动退出往往比异常退出来得更“温柔”一些。

  回到这个例子，很显然，子进程退出后，accept错误返回了，错误处理就是退出整个进程。（这个例子主要是给SIGCHLD设置了一个默认处理函数，子进程退出时，主进程将捕获这个信号）你可以说我刻意构造了这样一个错误，可是，对于一个很大的系统来说，任何行为都可能导致这种“刻意”。

  我们回到书上寻找原因，Stevens提到，“我们用慢系统调用来描述那些可能永远堵塞的系统调用(函数调用)”、“适用于慢系统调用的基本规则是：当阻塞于某个慢系统调用的一个进程捕获某个信号且相应信号处理函数返回时，该系统调用可能返回一个EINTR错误。”

  我们按照这个思路，修改服务器代码：

  1 #include <stdio.h>
  2 #include <stdlib.h>
  3 #include <string.h>
  4 #include <unistd.h>
  5 #include <sys/types.h>
  6 #include <sys/socket.h>
  7 #include <netinet/in.h>
  8 #include <arpa/inet.h>
  9 #include <signal.h>
 10 #include <errno.h>
 11 
 12 #define  PORT         1234
 13 #define  BACKLOG      5
 14 #define  MAXDATASIZE  1000
 15 
 16 void sig_chld(int signo)
 17 {
 18    pid_t pid;
 19    int stat = 0;
 20 
 21    pid = wait(&stat);
 22    printf("child %d terminated(stat:%d)\n", pid, stat);
 23    
 24    return;
 25 }
 26 
 27 void signal_ex(int signo, void* func)
 28 {
 29     struct sigaction act, oact;
 30     
 31     act.sa_handler = func;
 32     sigemptyset(&act.sa_mask); //清空此信号集
 33     act.sa_flags = 0;
 34     
 35     if (sigaction(signo, &act, &oact) < 0)
 36     {
 37         printf("sig err!\n");
 38     }
 39 
 40     //sigaction(SIGINT, &oact, NULL); //恢复成原始状态
 41     return;
 42 }
 43 
 44 int main()
 45 {
 46     int  listenfd, connectfd;
 47     struct  sockaddr_in server;
 48     struct  sockaddr_in client;
 49     socklen_t  addrlen;
 50     char    szbuf[MAXDATASIZE + 1] = {0};
 51     int     num = 0;
 52     pid_t   pid_child;
 53     
 54     if ((listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
 55     {
 56         perror("Creating  socket failed.");
 57         exit(1);
 58     }
 59     
 60     int opt = SO_REUSEADDR;
 61     setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));
 62     
 63     bzero(&server, sizeof(server));
 64     server.sin_family = AF_INET;
 65     server.sin_port = htons(PORT);
 66     server.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
 67     if (bind(listenfd, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server)) == -1) 
 68     {
 69         perror("Bind()error.");
 70         exit(1);
 71     }   
 72     if (listen(listenfd, BACKLOG) == -1)
 73     {
 74         perror("listen()error\n");
 75         exit(1);
 76     }
 77 
 78     signal_ex(SIGCHLD, sig_chld);
 79     while (1)
 80     {
 81         addrlen = sizeof(client);
 82         printf("start accept!\n");
 83         if ((connectfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&client, &addrlen)) == -1) 
 84         {
 85             #if 1
 86             if (EINTR == errno)
 87             {
 88                 printf("EINTR!\n");
 89                 continue;
 90             }
 91             #endif
 92             
 93             perror("accept()error\n");
 94             exit(1);
 95         }
 96         printf("You got a connection from cient's ip is %s, prot is %d\n", inet_ntoa(client.sin_addr), htons(client.sin_port));
 97 
 98         if (0 == (pid_child = fork()))
 99         {
100             close(connectfd);
101             close(listenfd);
102             printf("child a ha!\n");
103             sleep(10);
104             exit(0);
105         }
106         
107         close(connectfd);
108         connectfd = -1;
109     }
110     
111     close(listenfd);
112     
113     return 0;
114 }

server_eintr

  修改思路为：EINTR预示着内核中断了慢系统调用，当错误返回时，检查该错误，如果是EINTR，我们就重新启动被中断的系统调用。（有很多系统调用是不可重入的，那就不能简单地重启来解决问题了，这个要注意）下面是打印：

 

  打印“EINTR”了，有没有，并且我重新打开客户端后，accept成功了，我们成功规避了EINTR带来的错误。同样，像read，write等其他慢系统调用也可以通过这一方式进行出错处理。这无疑使我们的程序更加健壮。这当然是必须的了。

  不过，还有两个注意点：首先，在这个测试代码里，有些人会说我是不是傻啊，现成的signal不用，为啥要自己封装一个函数（用sigaction）？这里面确实是有原因的，有心的人可以测试一下，两者的结果是不同的，至于原因，可以自己去寻找一下。

  另外，前面也提到，并不是所有系统调用都能重新启动的，网络编程里也有这样的家伙，像connect。试想一下，connect调用后就发起了TCP的三次握手，这个过程完全取决于网络和底层协议栈的响应了，这个过程一旦开始，就停不下来了，更谈不上再来一次，这点也是很容易想明白的。

  那么，connect遇到EINTR错误该怎么办呢？很想这一节给出的。不过想要把这个问题说明白还需要构造测试代码，还是放到下一节吧。TCP编程方面的知识差不多只积累了这么多，相信对于那么厚的《UNIX网络编程》来说，只能算是冰山一角，后续再慢慢学习补充吧。不过，既然是“快速上手”，我也是要对得住标题的，在目前看过的网络程序代码，上述知识基本能成就一个完整、稳健的网络连接程序了（不考虑上层应用的复杂度）。在下一节给出connect的使用方法及完整的TCP客户端和服务器代码。