socket超时设置详解(connect/read/write)

一.基本概念(摘自：《unix网络编程》卷1 14.2 套接字超时)
在涉及套接字的I/O操作上设置超时的方法有以下三种
(1)调用 alarm，它在指定超时期满时产生 SIGALARM。这个方法涉及信号处理，而信号处理在不同的实现上存在差异，而且可能干扰进程中现有的 alarm调用。
(2)在 select中阻塞等待I/O（ select有内置的时间限制），以此替代直接阻塞在 read或 write调用上。
(3)使用 SO_RECVTIMEO和 SO_SNDTIMEO套接字选项
上述三个技术都适用于输入输出操作（例如 read、 write及其诸如 recvfrom、 sendto之类的变体），不过我们依然期待可用于 connect的技术，因为TCP内置的 connect超时相当长（典型值为75秒钟）。 select可用来在connect上设置超时的先决条件是相应的套接字是处于非阻塞模式，而那两个套接字选项对connect并不适用。我们还指出，前两个技术适用于任何描述符，而第三个技术仅仅适用于套接字描述符。

注：阻塞模式下，当服务器连接不上时，通过命令 “netstat -tlnap|grep SENT" 可以看到客户端会处于SYN_SENT状态，直到connect超时

二.非阻塞模式socket
1. connect不需要考虑超时问题，立即返回一个错误 EINPROGRESS，可通过 read/write是否可用判断连接是否建立完成
2. read不需要考虑超时问题，立即返回
3. write不需要考虑超时问题，立即返回


三.阻塞模式socket
1. connect需要考虑超时问题，否则当连接IP不可达的情况下，需要等待很长一段时间
2. read需要考虑超时问题，可通过 setsockopt设置 SO_RECVTIMEO选项
3. write需要考虑超时问题，可通过 setsockopt设置 SO_SNDTIMEO选项

四.带超时的connect，适用于阻塞模式与非阻塞模式socket（本质上是非阻塞connect）

附上测试代码，可通过更改main中的IP和端口进行测试

-----  g++ connect_nonb.cpp -----

#include <sys/types.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>  
#include <arpa/inet.h> 
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int connect_nonb(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen, int nsec)
{
    int flags, n, error;
    socklen_t len;
    fd_set rset, wset;
    struct timeval tval;

    /* 调用fcntl把套接字设置为非阻塞 */
    flags = fcntl(sockfd, F_GETFL, 0);
    fcntl(sockfd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);

    /* 发起非阻塞connect。期望的错误是EINPROGRESS，表示连接建立已经启动但是尚未完成  */
    error = 0;
    if ( (n = connect(sockfd, addr, addrlen)) < 0)
        if (errno != EINPROGRESS)
            return(-1);
    
    /* 如果非阻塞connect返回0，那么连接已经建立。当服务器处于客户端所在主机时这种情况可能发生 */
    if (n == 0)
        goto done; /* connect completed immediately */

    /* 调用select等待套接字变为可读或可写，如果select返回0，那么表示超时 */
    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);
    }

    /* 检查可读或可写条件，调用getsockopt取得套接字的待处理错误，如果建立成功，该值将为0 */
    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 {
        perror("select error: sockfd not set");
        exit(1);
    }

    /* 恢复套接字的文件状态标志并返回 */
done:
    fcntl(sockfd, F_SETFL, flags); /* restore file status flags */
    if (error) {
        close(sockfd); /* just in case */
        errno = error;
        return(-1);
    }
    return(0);
}

int main()
{
    // socket  
    struct sockaddr_in servaddr;    
    short port = 9999;    
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);    
    servaddr.sin_family = AF_INET;    
    servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("113.107.231.211");    
    servaddr.sin_port = htons(port);
    int timeout = 3;
    
    if (connect_nonb(sockfd, (sockaddr *) &servaddr, sizeof(sockaddr_in), 2) < 0) {  
        perror("connect fail: ");
        return(-1);
    }
    printf("connect success!\n");

    return 0;
}

参考：《unix网络编程》卷1

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