windows网络编程之socket中的非阻塞connect()与getsockopt()

在最近看的omap监控代码中有一段：
    int error=-1, len;
    len = sizeof(int);
    timeval tm;
    fd_set set;
    unsigned long ul = 1;
    ioctlsocket(mSocket, FIONBIO, &ul); //设置为非阻塞模式
    bool ret = false;
 if( connect(mSocket, (SOCKADDR *)&saddr, sizeof(SOCKADDR_IN)) == -1)
 {
    tm.tv_sec = 3;   //等待超时 3 s
    tm.tv_usec = 0;
    FD_ZERO(&set);
    FD_SET(mSocket, &set);
    if( select(mSocket+1, NULL, &set, NULL, &tm) > 0)
{
       getsockopt(mSocket, SOL_SOCKET, SO_ERROR, (char*)&error, &len);
       if(error == 0)
ret = true;
       else
ret = false;
}
    else
ret = false;
 }
 else ret = true;


不太明白connect已经返回-1了，为什么用select会返回0.

因为socket已设为非阻塞，所以connect会立即返回，但并不表示它不继续执行？
搜一些资料记载如下：
如何设置socket的Connect超时(linux)
1.首先将标志位设为Non-blocking模式，准备在非阻塞模式下调用connect函数
2.调用connect，正常情况下，因为TCP三次握手需要一些时间；而非阻塞调用只要不能立即完成就会返回错误，所以这里会返回EINPROGRESS，表示在建立连接但还没有完成。
3.在读套接口描述符集(fd_set rset)和写套接口描述符集(fd_set wset)中将当前套接口置位（用FD_ZERO()、FD_SET()宏），并设置好超时时间(struct timeval *timeout)
4.调用select( socket, &rset, &wset, NULL, timeout )
返回0表示connect超时
如果你设置的超时时间大于75秒就没有必要这样做了，因为内核中对connect有超时限制就是75秒。

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网络编程中socket的分量我想大家都很清楚了，socket也就是套接口，在套接口编程中，提到超时的概念，我们一下子就能想到3个：发送超时，接收超时，以及select超时（注： select函数并不是只用于套接口的，但是套接口编程中用的比较多），在connect到目标主机的时候，这个超时是不由我们来设置的。不过正常情况下这个超时都很长，并且connect又是一个阻塞方法，一个主机不能连接，等着connect返回还能忍受，你的程序要是要试图连接多个主机，恐怕遇到多个不能连接的主机的时候，会塞得你受不了的。我也废话少说，先说说我的方法，如果你觉得你已掌握这种方法，你就不用再看下去了，如果你还不了解，我愿意与你分享。本文是已在Linux下的程序为例子，不过拿到Windows中方法也是一样，无非是换几个函数名字罢了。
  Linux中要给connect设置超时，应该是有两种方法的。一种是该系统的一些参数，这个方法我不讲，因为我讲不清楚:P，它也不是编程实现的。另外一种方法就是变相的实现connect的超时，我要讲的就是这个方法，原理上是这样的：
 1．建立socket
 2．将该socket设置为非阻塞模式
 3．调用connect()
 4．使用select()检查该socket描述符是否可写（注意，是可写）
 5．根据select()返回的结果判断connect()结果
 6．将socket设置为阻塞模式（如果你的程序不需要用阻塞模式的，这步就省了，不过一般情况下都是用阻塞模式的，这样也容易管理）
如果你对网络编程很熟悉的话，其实我一说出这个过程你就知道怎么写你的程序了，下面给出我写的一段程序，仅供参考。
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#define TIME_OUT_TIME 20 //connect超时时间20秒
int main(int argc , char **argv)
{
   ………………
   int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
   if(sockfd < 0) exit(1);
   struct sockaddr_in serv_addr;
   ………//以服务器地址填充结构serv_addr
   int error=-1, len;
   len = sizeof(int);
   timeval tm;
   fd_set set;
   unsigned long ul = 1;
   ioctl(sockfd, FIONBIO, &ul); //设置为非阻塞模式
   bool ret = false;
   if( connect(sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) == -1)
   {
     tm.tv_set  = TIME_OUT_TIME;
     tm.tv_uset = 0;
     FD_ZERO(&set);
     FD_SET(sockfd, &set);
     if( select(sockfd+1, NULL, &set, NULL, &tm) > 0)
     {
       getsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &error, (socklen_t *)&len);
       if(error == 0) ret = true;
 else ret = false;
    } else ret = false;
  }
 else ret = true;
 ul = 0;
 ioctl(sockfd, FIONBIO, &ul); //设置为阻塞模式
 if(!ret)
 {
  close( sockfd );
  fprintf(stderr , "Cannot Connect the server!\n");
   return;
   }
  fprintf( stderr , "Connected!\n");
  //下面还可以进行发包收包操作
  ……………
}

  以上代码片段，仅供参考，也是为初学者提供一些提示，主要用到的几个函数，select, ioctl, getsockopt都可以找到相关资料，具体用法我这里就不赘述了，你只需要在linux中轻轻的敲一个man <函数名>就能够看到它的用法。
 此外我需要说明的几点是，虽然我们用ioctl把套接口设置为非阻塞模式，不过select本身是阻塞的，阻塞的时间就是其超时的时间由调用select 的时候的最后一个参数timeval类型的变量指针指向的timeval结构变量来决定的，timeval结构由一个表示秒数的和一个表示微秒数（long类型）的成员组成，一般我们设置了秒数就行了，把微妙数设为0（注：1秒等于100万微秒）。而select函数另一个值得一提的参数就是上面我们用到的fd_set类型的变量指针。调用之前，这个变量里面存了要用select来检查的描述符，调用之后，针对上面的程序这里面是可写的描述符，我们可以用宏FD_ISSET来检查某个描述符是否在其中。由于我这里只有一个套接口描述符，我就没有使用FD_ISSET宏来检查调用select之后这个sockfd是否在set里面，其实是需要加上这个判断的。不过我用了getsockopt来检查，这样才可以判断出这个套接口是否是真的连接上了，因为我们只是变相的用select来检查它是否连接上了，实际上select检查的是它是否可写，而对于可写，是针对以下三种条件任一条件满足时都表示可写的：
1）套接口发送缓冲区中的可用控件字节数大于等于套接口发送缓冲区低潮限度的当前值，且或者i)套接口已连接，或者ii)套接口不要求连接（UDP方式的）
2）连接的写这一半关闭。
3）有一个套接口错误待处理。
这样，我们就需要用getsockopt函数来获取套接口目前的一些信息来判断是否真的是连接上了，没有连接上的时候还能给出发生了什么错误，当然我程序中并没有标出那么多状态，只是简单的表示可连接/不可连接。
 下面我来谈谈对这个程序测试的结果。我针对3种情形做了测试：
1． 目标机器网络正常的情况
  可以连接到目标主机，并能成功以阻塞方式进行发包收包作业。
2． 目标机器网络断开的情况
  在等待设置的超时时间（上面的程序中为20秒）后，显示目标主机不能连接。
3． 程序运行前断开目标机器网络，超时时间内，恢复目标机器的网络
在恢复目标主机网络连接之前，程序一只等待，恢复目标主机后，程序显示连接目标主机成功，并能成功以阻塞方式进行发包收包作业。
 以上各种情况的测试结果表明，这种设置connect超时的方法是完全可行的。我自己是把这种设置了超时的connect封装到了自己的类库，用在一套监控系统中，到目前为止，运行还算正常。这种编程实现的connect超时比起修改系统参数的那种方法的有点就在于它只用于你的程序之中而不影响系统。

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非阻塞connect
在一个TCP套接口被设置为非阻塞之后调用connect,connect会立即返回EINPROGRESS错误,表示连接操作正在进行中,但是仍未完成;同时TCP的三路握手操作继续进行;在这之后,我们可以调用select来检查这个链接是否建立成功;非阻塞connect有三种用途:
1.我们可以在三路握手的同时做一些其它的处理.connect操作要花一个往返时间完成,而且可以是在任何地方,从几个毫秒的局域网到几百毫秒或几秒的广域网.在这段时间内我们可能有一些其他的处理想要执行;
2.可以用这种技术同时建立多个连接.在Web浏览器中很普遍;
3.由于我们使用select来等待连接的完成,因此我们可以给select设置一个时间限制,从而缩短connect的超时时间.在大多数实现中,connect的超时时间在75秒到几分钟之间.有时候应用程序想要一个更短的超时时间,使用非阻塞connect就是一种方法;
非阻塞connect听起来虽然简单,但是仍然有一些细节问题要处理:
1.即使套接口是非阻塞的,如果连接的服务器在同一台主机上,那么在调用connect建立连接时,连接通常会立即建立成功.我们必须处理这种情况;
2.源自Berkeley的实现(和Posix.1g)有两条与select和非阻塞IO相关的规则:
  A:当连接建立成功时,套接口描述符变成可写;
  B:当连接出错时,套接口描述符变成既可读又可写;
  注意:当一个套接口出错时,它会被select调用标记为既可读又可写;
非阻塞connect有这么多好处,但是处理非阻塞connect时会遇到很多可移植性问题;
处理非阻塞connect的步骤:
第一步:创建socket,返回套接口描述符;
第二步:调用fcntl把套接口描述符设置成非阻塞;
第三步:调用connect开始建立连接;
第四步:判断连接是否成功建立;
       A:如果connect返回0,表示连接简称成功(服务器可客户端在同一台机器上时就有可能发生这种情况);
       B:调用select来等待连接建立成功完成;
         如果select返回0,则表示建立连接超时;我们返回超时错误给用户,同时关闭连接,以防止三路握手操作继续进行下去;
         如果select返回大于0的值,则需要检查套接口描述符是否可读或可写;如果套接口描述符可读或可写,则我们可以通过调用getsockopt来得到套接口上待处理的错误(SO_ERROR),如果连接建立成功,这个错误值将是0,如果建立连接时遇到错误,则这个值是连接错误所对应的errno值(比如:ECONNREFUSED,ETIMEDOUT等).
"读取套接口上的错误"是遇到的第一个可移植性问题;如果出现问题,getsockopt源自Berkeley的实现是返回0,等待处理的错误在变量errno中返回;但是Solaris会让getsockopt返回-1,errno置为待处理的错误;我们对这两种情况都要处理;
这样,在处理非阻塞connect时,在不同的套接口实现的平台中存在的移植性问题,首先,有可能在调用select之前,连接就已经建立成功,而且对方的数据已经到来.在这种情况下,连接成功时套接口将既可读又可写.这和连接失败时是一样的.这个时候我们还得通过getsockopt来读取错误值;这是第二个可移植性问题;
移植性问题总结:
1.对于出错的套接口描述符,getsockopt的返回值源自Berkeley的实现是返回0,待处理的错误值存储在errno中;而源自Solaris的实现是返回0,待处理的错误存储在errno中;(套接口描述符出错时调用getsockopt的返回值不可移植)
2.有可能在调用select之前,连接就已经建立成功,而且对方的数据已经到来,在这种情况下,套接口描述符是既可读又可写;这与套接口描述符出错时是一样的;(怎样判断连接是否建立成功的条件不可移植)
这样的话,在我们判断连接是否建立成功的条件不唯一时,我们可以有以下的方法来解决这个问题:
1.调用getpeername代替getsockopt.如果调用getpeername失败,getpeername返回ENOTCONN,表示连接建立失败,我们必须以SO_ERROR调用getsockopt得到套接口描述符上的待处理错误;
2.调用read,读取长度为0字节的数据.如果read调用失败,则表示连接建立失败,而且read返回的errno指明了连接失败的原因.如果连接建立成功,read应该返回0;
3.再调用一次connect.它应该失败,如果错误errno是EISCONN,就表示套接口已经建立,而且第一次连接是成功的;否则,连接就是失败的;
被中断的connect:
如果在一个阻塞式套接口上调用connect,在TCP的三路握手操作完成之前被中断了,比如说,被捕获的信号中断,将会发生什么呢?假定connect不会自动重启,它将返回EINTR.那么,这个时候,我们就不能再调用connect等待连接建立完成了,如果再次调用connect来等待连接建立完成的话,connect将会返回错误值EADDRINUSE.在这种情况下,应该做的是调用select,就像在非阻塞式connect中所做的一样.然后,select在连接建立成功(使套接口描述符可写)或连接建立失败(使套接口描述符既可读又可写)时返回;