《网络编程》高级 I/O

我就是我 2022-08-06 02:27 49阅读 0赞

本节是套接字的高级 I/O 。为套接字设置超时闹钟，使用更加方便的数据传输函数。套接字的 I/O 操作上设置超时有三种方法：

1.  调用 alarm 函数，在它指定超时到期时产生 SIGALRM 信号；
2.  在 select 函数中设置超时阻塞等待 I/O，以替代直接阻塞在 read 或write 调用上；
3.  使用 SO\_RCVTIMEO 和 SO\_SNDTIMEO 套接字选项（这两个选项只是一部分实现支持）；

下面使用 alarm 产生的 SIGALRM 信号为 connect 函数设置超时，当然系统会为 connect 函数设置超时限制，这里我们只是表示 SIGALRM 信号在设置超时的作用。

#include <signal.h>
    #include <errno.h>
    #include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    #include <sys/socket.h>
    
    typedef void Sigfunc(int);
    
    extern void err_sys(const char *,...);
    static Sigfunc *M_signal(int signo, Sigfunc *func);
    static Sigfunc *MySignal(int signo, Sigfunc *func);
    static void connect_alarm(int);
    
    int Myconnect_timo(int sockfd, const struct sockaddr *saptr, socklen_t salen, int nsec)
    {
        Sigfunc *sigfunc;
        int n;
    
        /* SIGALRM 信号处理函数，并保存现有信号处理函数 */
        sigfunc = MySignal(SIGALRM, connect_alarm);
    
        /* 设置alarm超时 */
        if(alarm(nsec) != 0)/* 若已经设置了超时，则alarm返回的是当前剩余秒数，否则返回0 */
            printf("alarm was already set\n");/* 提示：已经设置过alarm超时 */
    
        if( (n = connect(sockfd, saptr, salen)) < 0)
        {/* 由超时处理函数调用中断导致连接失败，则关闭套接字，并设置是由超时导致的失败 */
            close(sockfd);
            if(errno == EINTR)
                errno = ETIMEDOUT;
        }
        /* 关闭 alarm */
        alarm(0);
        /* 恢复原来的处理函数 */
        MySignal(SIGALRM, sigfunc);
    
        return(n);
    }
    
    static void connect_alarm(int signo)
    {
        printf("flag: %d\n", signo);
        return;/* just interrupt the connect */
    }
    
    
    static Sigfunc *MySignal(int signo, Sigfunc *func)
    {
        Sigfunc *sigfunc;
        if( (sigfunc = M_signal(signo, func)) == SIG_ERR)
            err_sys("signal error");
        return (sigfunc);
    }
    
    static Sigfunc *M_signal(int signo, Sigfunc *func)
    {
        struct sigaction act, oact;
    
        /* 设置信号处理函数 */
        act.sa_handler = func;
        /* 初始化信号集 */
        sigemptyset(&act.sa_mask);
        act.sa_flags = 0;
        if(signo == SIGALRM)
        {/* 若是SIGALRM信号，则系统不会自动重启 */
    #ifdef SA_INTERRUPT
            act.sa_flags |= SA_INTERRUPT;
    #endif
        }
        else
        {/* 其余信号设置为系统会自动重启 */
    #ifdef SA_RESTART
            act.sa_flags |= SA_RESTART;
    #endif
        }
        /* 调用 sigaction 函数 */
        if(sigaction(signo, &act, &oact) < 0)
            return(SIG_ERR);
        return(oact.sa_handler);
    }

使用 select 函数为 recvfrom 设置超时，有关select 函数的讲解可以参考文章《 [I/O 多路复用][I_O]》。

#include <sys/select.h>
    #include <stdlib.h>
    extern void err_sys(const char *,...);
    
    /* 在指定的时间内等待描述符变为可读 */
    int readable_timeo(int fd, int sec)
    {
    	fd_set			rset;
    	struct timeval	tv;
    
        /* 初始化fd_set 结构，并添加描述符 */
    	FD_ZERO(&rset);
    	FD_SET(fd, &rset);
    
        /* 设置超时的时间 */
    	tv.tv_sec = sec;/* 秒数 */
    	tv.tv_usec = 0;/* 微秒 */
    
        /* 调用select函数，使进程阻塞于select的超时等待描述符变为可读 */
    	return(select(fd+1, &rset, NULL, NULL, &tv));
    		/* 4> 0 if descriptor is readable */
    }
    /* end readable_timeo */
    
    int
    Read_timeo(int fd, int sec)
    {
    	int		n;
    
    	if ( (n = readable_timeo(fd, sec)) < 0)
    		err_sys("readable_timeo error");
    	return(n);
    }

使用 使用 SO\_RCVTIMEO 和 SO\_SNDTIMEO 套接字选项，使用这两个套接字选项设置描述符时，其超时设置将应用于该描述符的所有读或写操作上，SO\_RCVTIMEO 套接字选项只能应用于读操作，而 SO\_SNDTIMEO 套接字选项只能应用于写操作。这两者仅支持一部分实现，例如在 connect 函数不能使用这两个套接字选项。

### recv 和 send 函数 ###

/* 数据传输 */
    /*
     * 函数功能：发送数据；
     * 返回值：若成功则返回发送的字节数，若出错则返回-1；
     * 函数原型：
     */
    #include <sys/socket.h>
    
    ssize_t send(int sockfd, void *buff, size_t nbytes, int flags);
    /*
     * 说明
     * 该函数的功能类似与write函数，除了有标识符flags之外，其他的相同；
     * flags标识符的取值如下：
     * （1）MSG_DONTROUTE   勿将数据路由出本地网络
     * （2）MSG_DONTWAIT    允许非阻塞操作
     * （3）MSG_EOR         如果协议支持，此为记录结束
     * （4）MSG_OOB         如果协议支持，发送带外数据
     *
     * 若send成功返回，并不必然表示连接另一端的进程接收数据，只能说数据已经无错误地发送到网络；
     *
     * 对于支持为报文设限的协议，若报文超过协议所支持的最大尺寸，send失败并将errno设为EMSGSIZE；
     * 对于字节流协议，send会阻塞直到整个数据被传输；
     */
    
    /*
     * 函数功能：接收数据；
     * 返回值：以字节计数的消息长度，若无可用消息或对方已经按序结束则返回0，若出错则返回-1；
     * 函数原型：
     */
    #include <sys/socket.h>
    
    ssize_t recv(int sockfd, void *buff, size_t nbytes, int flags);
    /*
     * 说明
     * 该函数的功能类似与read函数，除了有标识符flags之外，其他的相同；
     * flags标识符的取值如下：
     * （1）MSG_PEEK        返回报文内容而不真正取走报文，即查看可读取数据
     * （2）MSG_TRUNC       即使报文被截断，要求返回的是报文的实际长度
     * （3）MSG_WAITALL     等待直到所有数据可用
     * （4）MSG_OOB         如果协议支持，发送带外数据
     * （5）MSG_DONTWAIT    允许非阻塞操作
     *
     */

下面是 flags 标志的功能：

1.  MSG\_DONTROUTE：本标志告知内核，目的主机在某个直接连接的本地网络上，因而无需执行路由表查找；
2.  MSG\_DONTWAIT：本标志在无需打开相应套接字的非阻塞标志的前提下，把单个 I/O 操作临时指定为非阻塞，接着执行 I/O 操作，然后关闭非阻塞标志；
3.  MSG\_OOB：若协议支持，则可发送带外数据；
4.  MSG\_PEEK ：本标志适用于 recv 和 recvfrom 函数，它允许查看已可读取的数据，而且系统不在 recv 或 recvfrom 返回后丢弃这些数据；
5.  MSG\_WAITALL：等待所有数据可用；

### readv 和 writev 函数 ###

这两个函数类似于 read 和 write 函数，但是它们支持多个缓冲区操作。其定义如下：

/* 读、写多个非连续的缓冲区 */
    
    /*
     * 函数功能：读取数据到多个非连续的缓冲区，或从多个非连续缓冲区写数据到文件；
     * 返回值：若成功则返回已读、写的字节数，若出错则返回-1；
     * 函数原型：
     */
    #include <sys/uio.h>
    ssize_t readv(int filedes, const struct iovec *iov, int iovcnt);
    ssize_t writev(int filedes, const struct iovec *iov, int iovcnt);
    /*
     * 说明：
     * iovec的指针结构如下：
     */
    struct iovec
    {
        void *iov_base;     /* starting address of buffer */
        size_t iov_len;     /* size of buffer */
    };

### recvmsg 和 sendmsg 函数 ###

这两个函数是通用的 I/O 函数，前面介绍的 I/O 函数都可以使用这两个函数替换。其定义如下：

ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);
    
    ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags);
    /*
     * 说明
     * 该函数可以使用不止一个的选择来通过套接字发送数据，可以指定多重缓冲区传输数据，类似与readv函数；
     * msghdr结构至少包含以下成员：
     */
    struct msghdr
    {
        void        *msg_name;      /* optional address */
        socklen_t   msg_namelen;    /* address size in bytes */
        struct iovec *msg_iov;      /* array of IO buffers */
        int         msg_iovlen;     /* number of elements in array */
        void        *msg_control;   /* ancillary data */
        socklen_t   msg_controllen; /* number of ancillary bytes */
        int         msg_flags;      /* flags for recevied message */
    };

参考资料：

《Unix 网络编程》

[I_O]: http://blog.csdn.net/chenhanzhun/article/details/41910345