非阻塞式I/O

清疚 2022-05-24 10:54 153阅读 0赞

套接字的默认状态是阻塞的。阻塞的套接字调用可分为以下四类：

1.输入操作：包括read，readv，recv，recvfrom和recvmsg共5个函数。

2.输出操作：包括write，writev，send，sendto和sendmsg共5个函数。

3.接收外来连接，即accept函数。调用accept函数时尚无新的连接到达，调用进程将进入睡眠。

4.发起外出连接，即connect函数。connect函数引起三路握手过程，要一直等到客户收到对于自己的SYN的ACK为止才返回。

# 非阻塞读和写：str\_cli函数 #

两个缓冲区：to容纳从标准输入到服务器去的数据，fr容纳自服务器到标准输出的数据。

![70][]

str\_cli函数：

#include "unp.h"
    
    void str_cli(FILE *fp, int sockfd)
    {
    	int maxfdp1, val, stdineof;
    	ssize_t n, nwritten;
    	fd_set rset, wset;
    	char to[MAXLINE], fr[MAXLINE];
    	char *toiptr, *tooptr, *friptr, *froptr;
    
    	/* 把描述符设置为非阻塞 */
    	val = fcntl(sockfd, F_GETFL, 0);
    	fcntl(sockfd, F_SETFL, val | O_NONBLOCK);
    
    	val = fcntl(STDIN_FILENO, F_GETFL, 0 );
    	fcntl(STDIN_FILENO,F_SETFL, val | O_NONBLOCK);
    
    	val = fcntl(STDOUT_FILENO, F_GETFL, 0);
    	fcntl(STDOUT_FILENO,F_SETFL, val | O_NONBLOCK);
    
    	toiptr = tooptr = to;
    	friptr = froptr = fr;
    	stdineof = 0;
    
    	maxfdp1 = max(max(STDIN_FILENO,STDOUT_FILENO),sockfd) + 1;
    	while (1) {
    		FD_ZERO(&rset);
    		FD_ZERO(&wset);
    		/* 指定所关注的描述符 */
    		if (stdineof == 0 && toiptr < &to[MAXLINE])
    			FD_SET(STDIN_FILENO, &rset);			//read from stdin 
    		if (friptr < &fd[MAXLINE])
    			FD_SET(sockfd,&rset);					//read from sockfd 
    		if (tooptr != toiptr)
    			FD_SET(sockfd, &wset);					//data to write to socket
    		if (froptr != friptr)
    			FD_SET(STDOUT_FILENO,&wset);			//data to write to stdout 
    		
    		select(maxfdp1,&rset,&wset,NULL,NULL);
    		
    		/* 从标准输入或者从套接字读入*/
    		if(FD_ISSET(STDIN_FILENO, &rset)) {
    			if ( (n = read(STDIN_FILENO, toiptr, &to[MAXLINE] - toiptr)) < 0){
    				if (errno != EWOULDBLOCK)
    					err_sys("read error on stdin");
    			}
    			else if (n == 0) {
    				fprintf(stderr, "EOF on stdin\n");
    				stdineof = 1;
    				if (tooptr = toiptr)
    					shutdown(sockfd, SHUT_WR);		//send FIN 
    			} else {
    				fprintf(stderr, "read %d bytes from stdin\n",n);
    				toiptr += n;						//jusy read 
    				FD_SET(sockfd,&wset);				//try to write to socket 
    			}
    		}
    
    		if(FD_ISSET(sockfd, &rset)) {
    			if ( (n = read(sockfd,friptr, &fr[MAXLINE] - friptr)) < 0) {
    				if (errno != EWOULDBLOCK);
    				err_sys("read error on socket");
    			}
    			else if (n == 0) {
    				fprintf(stderr, "EOF on socket\n",);
    				if (stdineof)
    					return;							//normal termination
    				else	
    					err_quit("str_cli: server terminated prematurely");
    			} else {
    				fprintf(stderr,"read %d bytes from socket",n);
    				friptr += n;
    				FD_SET(STDOUT_FILENO,&wset);		//try to write to stdout 
    			}
    		}
    
    		/* 写到标准输出或者套接字 */
    		if (FD_ISSET(STDOUT_FILENO, &wset) && ( (n= friptr - froptr) > 0)) {
    			if ( (nwritten = write(STDOUT_FILENO,froptr,n)) < 0) {
    				if (errno != EWOULDBLOCK)
    					err_sys("write error to stdout");
    			}else {
    				fprintf(stderr, "wrote %d bytes to stdout \n",nwritten);
    				froptr += nwritten;					//just written 
    				if (froptr == friptr)
    					froptr = friptr = fr;			//back to beginning of buffer
    			}
    		}
    
    		if (FD_ISSET(sockfd, &wset) && ( (n = toiptr - tooptr) > 0)) {
    			if ( (nwritten = write(socket,tooptr,n)) < 0) {
    				if (errno != EWOULDBLOCK)
    					err_sys("write error to socket");
    			} else {
    				fprintf(stderr, "wrote %d bytes to socket \n",nwritten);
    				tooptr += nwritten;					//just written 
    				if (tooptr == toiptr) {
    					toiptr = tooptr = to;			//back to beginning of buffer 
    					if (stdineof)
    						shutdown(sockfd, SHUT_WR);	//send FIN 
    				}
    			}
    		}
    	}
    }

非阻塞式I/O例子的时间线：

![70 1][]

# str\_cli的较简单版本 #

str\_cli函数的另一个版本，该函数使用fork把当前进程划分成两个进程。子进程把来自服务器的文本行复制到标准输出，父进程把来自标准输入的文本行复制到服务器。

![70 2][]

str\_cli\_fork.h

#include "unp.h"
    
    void str_cli(FILE *fp, int sockfd)
    {
    	pid_t pid;
    	char sendline[MAXLINE],recvline[MAXLINE];
    
    	if ( (pid = fork()) == 0)	{		//child: server -> stdout
    		while (readline(sockfd,recvline,MAXLINE) > 0)
    			fputs(recvline, stdout);
    	
    		kill(getppid(),SIGTERM);		//防止父进程一直运行
    		exit(0);
    	}
    
    	/* parent: stdin -> server */
    	while (fgets(sendline,MAXLINE,fp) != NULL)
    		writen(sockfd, sendline, strlen(sendline));
    
    	shutdown(sockfd,SHUT_WR);			//EOF on stdin, sen FIN
    	pause();
    	return;
    }

# 非阻塞connect #

当在一个非阻塞的TCP套接字上调用connect时，connect将立即返回一个EINPROGRESS错误，不过已经发起的TCP三路握手继续进行。使用select检测这个连接或成功或失败的已建立条件。非阻塞的connect有三个用途。

1.把三路握手叠加在其它处理上。

2.可以使用这个技术同时建立多个连接。

3.使用select等待连接的建立，可以给select指定一个时间限制，使得我们能够缩短connect的超时。

非阻塞connect：时间获取客户程序

#include "unp.h"
    
    int connect_nonb(int sockfd, const SA *saptr, socklen_t salen, int nsec)
    {
    	int flags, n, error;
    	socklen_t len;
    	fd_set rset, wset;
    	struct timaval tval;
    
    	flags = fcntl(sockfd, F_GETFL, 0);
    	fcntl(sockfd,F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);		//把套接字设置为非阻塞
    
    	error = 0;
    	if ( (n = connect(sockfd,saptr,salen)) < 0)		//发起非阻塞connect，期望错误是EINPROGRESS，表示连接建立已启动但是尚未完成
    		if (errno != EINPROGRESS)
    			return -1;
    	
    	//在connect完成期间可以做其它事
    	if (n == 0)
    		goto done;			//connect completed immediately;
    	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) {	//调用select等待套接字可读或者可写
    		close(sockfd);		//timeout
    		errno = ETIMEDOUT;
    		return -1;			//超时则关闭套接字，防止三路握手继续下去，并返回TIMEOUT错误给调用者。
    	}
    
    	if (FD_ISSET(sockfd, &rset) || FD_ISSET(sockfd, &wset)) {
    		len = sizeof(error);
    		if (getsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &error, &len) < 0)
    			return (-1);
    	} else 
    		err_quit("select error: sockfd not set");
    
    done:
    	fcntl(sockfd,F_SETFL, flags);		//restore file status flags 
    
    	if (error) {
    		close(sockfd);					//just in case 
    		errno = error;
    		return (-1);
    	}
    	return 0;
    }

# 非阻塞accept #

......................

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