socket编程的同步、异步与阻塞、非阻塞示例

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简介
图 1. 基本 Linux I/O 模型的简单矩阵
 
每个 I/O 模型都有自己的使用模式，它们对于特定的应用程序都有自己的优点。
本节将简要对其一一进行介绍。

一、同步阻塞模式
在这个模式中，用户空间的应用程序执行一个系统调用，并阻塞，直到系统调用完成为止(数据传输完成或发生错误)。
/*
 * \brief
 * tcp client
 */

 #include <stdio.h>
 #include <stdlib.h>
 #include <sys/socket.h>
 #include <netdb.h>
 #include <string.h>

#define SERVPORT 8080
#define MAXDATASIZE 100

int main(int argc, char *argv[])
{
  int sockfd, recvbytes;
  char rcv_buf[MAXDATASIZE]; /*./client 127.0.0.1 hello */
  char snd_buf[MAXDATASIZE];
  struct hostent *host;             /* struct hostent
                                     * {
                                     * char *h_name; // general hostname
                                     * char **h_aliases; // hostname's alias
                                     * int h_addrtype; // AF_INET
                                     * int h_length; 
                                     * char **h_addr_list;
                                     * };
                                     */
  struct sockaddr_in server_addr;

  if (argc < 3)
  {
    printf("Usage:%s [ip address] [any string]\n", argv[0]);
    return 1;
  }

  *snd_buf = '\0';
  strcat(snd_buf, argv[2]);

  if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
  {
    perror("socket:");
    exit(1);
  }

  server_addr.sin_family = AF_INET;
  server_addr.sin_port = htons(SERVPORT);
  inet_pton(AF_INET, argv[1], &server_addr.sin_addr);
  memset(&(server_addr.sin_zero), 0, 8);

  /* create the connection by socket 
   * means that connect "sockfd" to "server_addr"
   * 同步阻塞模式 
   */
  if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(struct sockaddr)) == -1)
  {
    perror("connect");
    exit(1);
  }

  /* 同步阻塞模式  */
  if (send(sockfd, snd_buf, sizeof(snd_buf), 0) == -1)
  {
    perror("send:");
    exit(1);
  }
  printf("send:%s\n", snd_buf);

   /* 同步阻塞模式  */
  if ((recvbytes = recv(sockfd, rcv_buf, MAXDATASIZE, 0)) == -1)
  {
    perror("recv:");
    exit(1);
  }

  rcv_buf[recvbytes] = '\0';
  printf("recv:%s\n", rcv_buf);

  close(sockfd);
  return 0;
}

显然，代码中的connect, send, recv都是同步阻塞工作模式，
在结果没有返回时，程序什么也不做，

二、同步非阻塞模式
同步阻塞 I/O 的一种效率稍低的变种是同步非阻塞 I/O。
在这种模型中，系统调用是以非阻塞的形式打开的。
这意味着 I/O 操作不会立即完成， 操作可能会返回一个错误代码，
说明这个命令不能立即满足（EAGAIN 或 EWOULDBLOCK），
非阻塞的实现是 I/O 命令可能并不会立即满足，需要应用程序调用许多次来等待操作完成。
这可能效率不高，
因为在很多情况下，当内核执行这个命令时，应用程序必须要进行忙碌等待，直到数据可用为止，
或者试图执行其他工作。
因为数据在内核中变为可用到用户调用 read 返回数据之间存在一定的间隔，这会导致整体数据吞吐量的降低。
/*
 * \brief
 * tcp client
 */

 #include <stdio.h>
 #include <stdlib.h>
 #include <sys/socket.h>
 #include <sys/types.h>
 #include <errno.h>
 #include <netdb.h>
 #include <string.h>
 #include <unistd.h>
 #include <fcntl.h>

#define SERVPORT 8080
#define MAXDATASIZE 100


int main(int argc, char *argv[])
{
  int sockfd, recvbytes;
  char rcv_buf[MAXDATASIZE]; /*./client 127.0.0.1 hello */
  char snd_buf[MAXDATASIZE];
  struct hostent *host;             /* struct hostent
                                     * {
                                     * char *h_name; // general hostname
                                     * char **h_aliases; // hostname's alias
                                     * int h_addrtype; // AF_INET
                                     * int h_length; 
                                     * char **h_addr_list;
                                     * };
                                     */
  struct sockaddr_in server_addr;
  int flags;
  int addr_len;

  if (argc < 3)
  {
    printf("Usage:%s [ip address] [any string]\n", argv[0]);
    return 1;
  }

  *snd_buf = '\0';
  strcat(snd_buf, argv[2]);

  if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
  {
    perror("socket:");
    exit(1);
  }

  server_addr.sin_family = AF_INET;
  server_addr.sin_port = htons(SERVPORT);
  inet_pton(AF_INET, argv[1], &server_addr.sin_addr);
  memset(&(server_addr.sin_zero), 0, 8);
  addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);

  /* Setting socket to nonblock */
  flags = fcntl(sockfd, F_GETFL, 0);
  fcntl(sockfd, flags|O_NONBLOCK);

  /* create the connection by socket 
   * means that connect "sockfd" to "server_addr"
   * 同步阻塞模式  
  */
  if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(struct sockaddr)) == -1)
  {
    perror("connect");
    exit(1);
  }

  /* 同步非阻塞模式 */
  while (send(sockfd, snd_buf, sizeof(snd_buf), MSG_DONTWAIT) == -1)
  {
    sleep(1);
    printf("sleep\n");
  }
  printf("send:%s\n", snd_buf);


  /* 同步非阻塞模式 */
  while ((recvbytes = recv(sockfd, rcv_buf, MAXDATASIZE, MSG_DONTWAIT)) == -1)
  {
    sleep(1);
    printf("sleep\n");
  }

  rcv_buf[recvbytes] = '\0';
  printf("recv:%s\n", rcv_buf);

  close(sockfd);
  return 0;
}