linux 客户端 Socket 非阻塞connect编程

开发测试环境：虚拟机CentOS，windows网络调试助手
        非阻塞模式有3种用途
        1.三次握手同时做其他的处理。connect要花一个往返时间完成，从几毫秒的局域网到几百毫秒或几秒的广域网。这段时间可能有一些其他的处理要执行，比如数据准备，预处理等。
        2.用这种技术建立多个连接。这在web浏览器中很普遍.
        3.由于程序用select等待连接完成，可以设置一个select等待时间限制，从而缩短connect超时时间。多数实现中，connect的超时时间在75秒到几分钟之间。有时程序希望在等待一定时间内结束，使用非阻塞connect可以防止阻塞75秒，在多线程网络编程中，尤其必要。   例如有一个通过建立线程与其他主机进行socket通信的应用程序，如果建立的线程使用阻塞connect与远程通信，当有几百个线程并发的时候，由于网络延迟而全部阻塞，阻塞的线程不会释放系统的资源，同一时刻阻塞线程超过一定数量时候，系统就不再允许建立新的线程（每个进程由于进程空间的原因能产生的线程有限），如果使用非阻塞的connect，连接失败使用select等待很短时间，如果还没有连接后，线程立刻结束释放资源，防止大量线程阻塞而使程序崩溃。
目前connect非阻塞编程的普遍思路是：
在一个TCP套接口设置为非阻塞后，调用connect，connect会在系统提供的errno变量中返回一个EINRPOCESS错误，此时TCP的三路握手继续进行。之后可以用select函数检查这个连接是否建立成功。以下实验基于unix网络编程和网络上给出的普遍示例，在经过大量测试之后，发现其中有很多方法，在linux中，并不适用。
我先给出了重要源码的逐步分析，在最后给出完整的connect非阻塞源码。
        1.首先填写套接字结构，包括远程的ip，通信端口如下： */

struct sockaddr_in serv_addr;
serv_addr.sin_family=AF_INET;
serv_addr.sin_port=htons(9999);
serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("58.31.231.255"); //inet_addr转换为网络字节序
bzero(&(serv_addr.sin_zero),8);

// 2.建立socket套接字：

if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
{
perror("socket creat error");
return 1;
}

// 3.将socket建立为非阻塞，此时socket被设置为非阻塞模式

flags = fcntl(sockfd,F_GETFL,0);//获取建立的sockfd的当前状态（非阻塞）
fcntl(sockfd,F_SETFL,flags|O_NONBLOCK);//将当前sockfd设置为非阻塞

/*4. 建立connect连接，此时socket设置为非阻塞，connect调用后，无论连接是否建立立即返回-1，同时将errno（包含errno.h就可以直接使用）设置为EINPROGRESS, 表示此时tcp三次握手仍旧进行，如果errno不是EINPROGRESS，则说明连接错误，程序结束。
当客户端和服务器端在同一台主机上的时候，connect回马上结束，并返回0；无需等待，所以使用goto函数跳过select等待函数，直接进入连接后的处理部分。*/

if ( ( n = connect( sockfd, ( struct sockaddr *)&serv_addr , sizeof(struct sockaddr)) ) < 0 )
{
if(errno != EINPROGRESS)    return 1;
}
if(n==0)
{
printf("connect completed immediately");
goto done;
}

/* 5.设置等待时间，使用select函数等待正在后台连接的connect函数，这里需要说明的是使用select监听socket描述符是否可读或者可写，如果只可写，说明连接成功，可以进行下面的操作。如果描述符既可读又可写，分为两种情况，第一种情况是socket连接出现错误（不要问为什么，这是系统规定的，可读可写时候有可能是connect连接成功后远程主机断开了连接close(socket)），第二种情况是connect连接成功，socket读缓冲区得到了远程主机发送的数据。需要通过connect连接后返回给errno的值来进行判定，或者通过调用 getsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_ERROR,&error,&len); 函数返回值来判断是否发生错误，这里存在一个可移植性问题，在solaris中发生错误返回-1，但在其他系统中可能返回0.我首先按unix网络编程的源码进行实现。如下：*/

FD_ZERO(&rset);
FD_SET(sockfd,&rset);
wset = rset;
tval.tv_sec = 0;
tval.tv_usec = 300000;
int error;
socklen_t len;
if(( n = select(sockfd+1, &rset, &wset, NULL,&tval)) <= 0)
{
printf("time out connect error");
close(sockfd);
return -1;
}
If ( FD_ISSET(sockfd,&rset) || FD_ISSET(sockfd,&west) )
{
len = sizeof(error);
if( getsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_ERROR,&error,&len) <0)
return 1;
}

/* 这里我测试了一下，按照unix网络编程的描述，当网络发生错误的时候，getsockopt返回-1，return -1，程序结束。网络正常时候返回0，程序继续执行。
       可是我在linux下，无论网络是否发生错误，getsockopt始终返回0，不返回-1，说明linux与unix网络编程还是有些细微的差别。就是说当socket描述符可读可写的时候，这段代码不起作用。不能检测出网络是否出现故障。
      我测试的方法是，当调用connect后，sleep（2）休眠2秒，借助这两秒时间将网络助手断开连接，这时候select返回2，说明套接口可读又可写，应该是网络连接的出错情况。
      此时，getsockopt返回0，不起作用。获取errno的值，指示为EINPROGRESS，没有返回unix网络编程中说的ENOTCONN，EINPROGRESS表示正在试图连接，不能表示网络已经连接失败。
      针对这种情况，unix网络编程中提出了另外3种方法，这3种方法，也是网络上给出的常用的非阻塞connect示例：
    a.再调用connect一次。失败返回errno是EISCONN说明连接成功，表示刚才的connect成功，否则返回失败。 代码如下：*/

int connect_ok;
connect(sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(struct sockaddr) );
switch (errno)
{
case EISCONN:   //connect ok
printf("connect OK 
");
connect_ok = 1;
break;
case EALREADY:
connect_0k = -1
break;
case EINPROGRESS: // is connecting, need to check again
connect_ok = -1
break;
default: 
printf("connect fail err=%d 
",errno);
connect_ok = -1;
break;
}

/*如程序所示，根据再次调用的errno返回值将connect_ok的值，来进行下面的处理，connect_ok为1继续执行其他操作，否则程序结束。

        但这种方法我在linux下测试了，当发生错误的时候,socket描述符（我的程序里是sockfd）变成可读且可写，但第二次调用connect 后，errno并没有返回EISCONN，,也没有返回连接失败的错误，仍旧是EINPROGRESS，而当网络不发生故障的时候，第二次使用 connect连接也返回EINPROGRESS，因此也无法通过再次connect来判断连接是否成功。
     b.unix网络编程中说使用read函数，如果失败，表示connect失败，返回的errno指明了失败原因，但这种方法在linux上行不通，linux在socket描述符为可读可写的时候，read返回0，并不会置errno为错误。
       c.unix网络编程中说使用getpeername函数，如果连接失败，调用该函数后，通过errno来判断第一次连接是否成功，但我试过了，无论网络连接是否成功，errno都没变化，都为EINPROGRESS，无法判断。
       悲哀啊，即使调用getpeername函数，getsockopt函数仍旧不行。
       综上方法，既然都不能确切知道非阻塞connect是否成功，所以我直接当描述符可读可写的情况下进行发送，通过能否获取服务器的返回值来判断是否成功。(如果服务器端的设计不发送数据，那就悲哀了。)
       程序的书写形式出于可移植性考虑，按照unix网络编程推荐写法，使用getsocketopt进行判断，但不通过返回值来判断，而通过函数的返回参数来判断。

6. 用select查看接收描述符，如果可读，就读出数据，程序结束。在接收数据的时候注意要先对先前的rset重新赋值为描述符，因为select会对 rset清零，当调用select后，如果socket没有变为可读，则rset在select会被置零。所以如果在程序中使用了rset，最好在使用时候重新对rset赋值。
程序如下：*/

FD_ZERO(&rset);
FD_SET(sockfd,&rset);//如果前面select使用了rset，最好重新赋值
if( ( n = select(sockfd+1,&rset,NULL, NULL,&tval)) <= 0 )
{
close(sockfd);
return -1;
} 
if ((recvbytes=recv(sockfd, buf, 1024, 0)) ==-1)
{
perror("recv error!");
close(sockfd);
return 1;
}
printf("receive num %d
",recvbytes);
printf("%s
",buf);

非阻塞connect完整代码综合如下：

intmain(int argc, char** argv)
{
intsockfd,recvbytes,res,flags,error,n;
socklen_tlen;
fd_setrset,wset;
structtimevaltval;
tval.tv_sec=0;
tval.tv_usec=300000;
structsockaddr_inserv_addr;
char*sendData="1234567890";//发送字符串
charbuf[1024]="/0"; //接收buffer
//创建socket描述符
if((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
{
perror("socket create failed");
return1;
}

serv_addr.sin_family=AF_INET;
serv_addr.sin_port=htons(9999);
serv_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr("58.31.231.255");
bzero(&(serv_addr.sin_zero),8);
flags=fcntl(sockfd,F_GETFL,0);
fcntl(sockfd,F_SETFL,flags|O_NONBLOCK);//设置为非阻塞

if( (res = connect(sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(struct sockaddr)) )< 0)
{
if(errno != EINPROGRESS)
{
return1;
}

}
//如果server与client在同一主机上，有些环境socket设为非阻塞会返回 0
if(0 == res) goto done;
FD_ZERO(&rset);
FD_SET(sockfd,&rset);
wset=rset;
if( ( res = select(sockfd+1, NULL, &wset, NULL,&tval) ) <= 0)
{
perror("connect time out/n");
close(sockfd);
return1;
}
else
{
len=sizeof(error);
getsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &error, &len);
if(error)
{
fprintf(stderr, "Error in connection() %d - %s/n", error, strerror(error));
return1;
}
}
done:
if( (n = send(sockfd, sendData, strlen(sendData),0) ) ==-1 )
{

perror("send error!");
close(sockfd);
return1;
}
if( ( n = select(sockfd+1,&rset,NULL, NULL,&tval)) <= 0 )//rset没有使用过，不用重新置为sockfd
{
perror("receive time out or connect error");
close(sockfd);
return-1;
}
if((recvbytes=recv(sockfd, buf, 1024, 0)) ==-1)
{
perror("recv error!");
close(sockfd);
return1;
}
printf("receive num %d/n",recvbytes);
printf("%s/n",buf);
}