[linux] socket 非阻塞模式使用注意事项

news2024/11/26 10:23:00

在使用 socket 的一些 api 的时候，默认情况下都是阻塞模式。比如使用 tcp socket 时，客户端调用 connect() 创建连接，connect() 返回的时候要么是创建连接成功了，要么是出现了错误，反正 connect() 返回的时候结果是确定的；tcp 服务端使用 accept() 接收连接的时候，accept() 返回的时候一般就是接收到了新的连接；使用 recv() 接收数据的时候，直到接收到数据之后，才会返回；使用 send() 发送数据的时候，所有数据都写到 tcp 缓冲区才会返回。以上就是这些 api 在阻塞模式下的工作原理。

在实际使用 socket 的时候，我们往往使用多路复用技术(select, poll, epoll)来监听 socket 中的事件，当监听到有事件到来时才会调用 accept() 或者 recv()。在这种情况下，因为有现成的事件，所以即使在阻塞模式，accept() 和 recv() 也能立即返回。对于 connect() 和 send()，我们一般是直接使用，而不是多路复用监听到有事件之后再调用。

在开发中，大部分情况下使用阻塞模式就已经足够了，但是在一些场景下，我们也需要使用 socket 的非阻塞模式。本文就记录一下上述 api 在非阻塞模式下使用的注意事项。

fd 默认是阻塞的，如果要设置为非阻塞模式，可以通过如下代码来完成。通过 fcntl 先获取 fd 的选项，然后再通过 fcntl 将非阻塞选项设置进去。

static int32_t set_fd_non_blocking(int32_t fd) {
    int opts = fcntl(fd, F_GETFL);
    if (opts < 0) {
        printf("fd[%d] GETFL failed[%s]", fd, strerror(errno));
        return -1;
    }
    if (fcntl(fd, F_SETFL, opts | O_NONBLOCK) < 0) {
        printf("fd[%d] SETFL failed[%s]", fd, strerror(errno));
        return -1;
    }
    return 0;
}

对于 recv() 和 send() 来说，除了使用 fcntl 设置为非阻塞模式之外，还可以再 recv 和 send 的最后一个入参中设置 MSG_DONTWAIT 来将这次调用设置为非阻塞模式，两者效果是一样的。

1 connect

非阻塞模式下调用 connect，有以下 3 种情况需要分类处理：

（1）如果返回值是 0，说明连接已经建立成功

（2）返回 -1，并且错误码不是 EINPROGRESS，说明出现了错误，连接失败

（3）返回 -1，并且错误码是 EINPROGRESS，说明连接已经发起，正在处理中。这种情况下，就需要后续做监控来判断连接什么时候建立完成。

怎么监听正在处理的 connect 是不是已经完成，需要做如下两件事：

（1）使用多路复用技术(select, poll 或者 epoll) 监听套接字，监听写事件

（2）如果套接字有写事件，就通过 getsockopt 获取 socket 的 ERROR 状态，如果没有 ERROR，说明建立连接成功；如果有 ERROR，说明建立连接失败。使用多路复用技术监听的时候，也可以设置超时时间，超时监听不到，也说明建立连接失败。

获取 socket ERROR 状态的代码如下。

int error = 0;
if (getsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &error, &length) < 0) {
  return;
}
if (error != 0) {
  return;
}

2 accept

在实际使用中，一般会将服务端套接字加入到 epoll 中，使用 epoll 来监听，这样当服务端套接字有事件时，说明有新的连接到来，即使套接字处于阻塞状态，accept 也是不需要阻塞的。

如果监听套接字工作在非阻塞模式下，那么 accept 是否成功，和返回值和错误码有关系。

（1）返回值 > 0，说明接收到了新的连接，返回值就是新连接的 fd

（2）返回值是 -1，并且错误码不是 EAGAIN || EWOULDBLOCK || EINTR，说明出现了错误，获取失败

（3）返回值是 -1，并且错误码是 EAGAIN || EWOULDBLOCK || EINTR，说明需要重试

如下代码，创建一个 listening fd，然后将 fd 设置为非阻塞模式，这样在 accept 的时候，就会返回 EAGIN 错误。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>

#define SERVER_IP     ("0.0.0.0")
#define SERVER_PORT   (12345)
#define MAX_LISTENQ   (32)

static int32_t set_fd_non_blocking(int32_t fd) {
    int opts = fcntl(fd, F_GETFL);
    if (opts < 0) {
        printf("fd[%d] GETFL failed[%s]", fd, strerror(errno));
        return -1;
    }
    if (fcntl(fd, F_SETFL, opts | O_NONBLOCK) < 0) {
        printf("fd[%d] SETFL failed[%s]", fd, strerror(errno));
        return -1;
    }
    return 0;
}

int main() {
    int ret = -1;
    int accept_fd = -1;
    int listen_fd = -1;

    struct sockaddr_in client_addr;
    struct sockaddr_in server_addr;
    socklen_t client = sizeof(struct sockaddr_in);

    listen_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (listen_fd < 0) {
        printf("create socket error: %s\n", strerror(errno));
        return -1;
    }
    set_fd_non_blocking(listen_fd);

    memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP); /**< 0.0.0.0 all local ip */
    server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);

    if (bind(listen_fd,(struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {
        perror("bind error: ");
        return -1;
    }

    if (listen(listen_fd, MAX_LISTENQ) < 0) {
        printf("listen error.\n");
        return -1;
    }

    while (1) {
      accept_fd = accept(listen_fd, (struct sockaddr*)&client_addr, &client);
      if(accept_fd < 0) {
        perror("accept error");
      }
      sleep(1);
    }

    return 0;
}

EAGIN 对应的字符串是 Resource temporarily unavailable。