UNIX编程随笔(三十五)连接以及读写socket

UNIX编程随笔(三十五)连接以及读写socket
2010年04月26日
　　对于面向连接的socket类型(SOCK_STREAM,SOCK_SEQPACKET)在读写数据之前必须建立连接，首先服务器端socket必须在一个客户端知道的地址进行监听,也就是创建socket之后必须调用bind绑定到一个指定的地址，然后调用int listen(int sockfd, int backlog);进行监听。此时服务器socket允许客户端进行连接，backlog提示没被accept的客户连接请求队列的大小，系统决定实际的值，最大值定义为SOMAXCONN在头文件里面。如果某种原因导致服务器端进程未及时accpet客户连接而导致此队列满了的话则新的客户端连接请求被拒绝(在工作中遇到过此情况，IONA ORBIX(CORBA中间件)由于没有配置超时时间结果在WIFI网络中传输数据出现异常情况一直阻塞而无机会调用accept接受新的客户请求，于是最终队列满导致新的客户连接被拒绝)。
　　调用listen之后当有客户端连接到达的时候调用int accept(int sockfd, struct sockaddr *restrict addr,           socklen_t *restrict len);接受客户端连接建立起连接返回用于连接数据传送的socket描述符，进行监听的socket可以用于继续监听客户端的连接请求，返回的socket描述符跟监听的socket类型一致。如果addr不为NULL,则客户端发起连接请求的socket地址信息会通过addr进行返回。如果监听的socket描述符为阻塞模式则accept一直会阻塞直到有客户发起连接请求，如果监听的socket描述符为非阻塞模式则如果当前没有可用的客户连接请求，则返回-1(errno设置为EAGAIN)。可以使用select函数对监听的socket描述符进行多路分离，如果有客户连接请求则select将监听的socket描述符设置为可读(注意，如果监听的socket为阻塞模式而使用select进行多路分离则可能造成select返回可读但是调用accept会被阻塞住的情况，原因是在调用accept之前客户端可能主动关闭连接或者发送RST异常关闭连接，因此select最好跟非阻塞socket搭配使用)。
　　客户端调用int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t len);发起对服务器的socket的连接请求，如果客户端socket描述符为阻塞模式则会一直阻塞到连接建立或者连接失败(注意阻塞模式的超时时间可能为75秒到几分钟之间)，而如果为非阻塞模式，则调用connect之后如果连接不能马上建立则返回-1(errno设置为EINPROGRESS，注意连接也可能马上建立成功比如连接本机的服务器进程),如果没有马上建立返回，此时TCP的三路握手动作在背后继续，而程序可以做其他的东西，然后调用select检测非阻塞connect是否完成(此时可以指定select的超时时间，这个超时时间可以设置为比connect的超时时间短)，如果select超时则关闭socket，然后可以尝试创建新的socket重新连接，如果select返回非阻塞socket描述符可写则表明连接建立成功，如果select返回非阻塞socket描述符既可读又可写则表明连接出错(注意：这儿必须跟另外一种连接正常的情况区分开来，就是连接建立好了之后，服务器端发送了数据给客户端，此时select同样会返回非阻塞socket描述符既可读又可写，这时可以通过以下方法区分:
　　1.调用getpeername获取对端的socket地址.如果getpeername返回ENOTCONN,表示连接建立失败,然后用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;
　　对于无连接的socket类型(SOCK_DGRAM)，客户端也可以调用connect进行连接,此连接实际上并不建立类似SOCK_STREAM的连接，而仅仅是在本地保存了对端的地址，这样后续的读写操作可以默认以连接的对端为操作对象。
　　当对端机器crash或者网络连接被断开(比如路由器不工作，网线断开等)，此时发送数据给对端然后读取本端socket会返回ETIMEDOUT或者EHOSTUNREACH 或者ENETUNREACH(后两个是中间路由器判断服务器主机不可达的情况)。
　　当对端机器crash之后又重新启动，然后客户端再向原来的连接发送数据，因为服务器端已经没有原来的连接信息，此时服务器端回送RST给客户端，此时客户端读本地端口返回ECONNRESET错误。
　　当服务器所在的进程正常或者异常关闭时，会对所有打开的文件描述符进行close，因此对于连接的socket描述符则会向对端发送FIN分节进行正常关闭流程。对端在收到FIN之后端口变得可读，此时读取端口会返回0表示到了文件结尾(对端不会再发送数据)。
　　
　　
　　当一端收到RST导致读取socket返回ECONNRESET，此时如果再次调用write发送数据给对端则触发SIGPIPE信号，信号默认终止进程，如果忽略此信号或者从SIGPIPE的信号处理程序返回则write出错返回EPIPE。
　　可以看出只有当本地端口主动发送消息给对端才能检测出连接异常中断的情况,搭配select进行多路分离的时候，socket收到RST或者FIN时候，select返回可读(心跳消息就是用于检测连接的状态)。也可以使用socket的KEEPLIVE选项，依赖socket本身侦测socket连接异常中断的情况。
　　
　　
　　发送socket数据有以下方法:
　　调用ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t nbytes, int flags);，只能用于建立好了连接的socket(面向连接的SOCK_STREAM或者调用了connect的SOCK_DGRAM)。flags取值如下:
　　MSG_DONTROUTE   对数据不进行路由
　　MSG_DONTWAIT    不等待数据发送完成
　　MSG_EOR         数据包结尾
　　MSG_OOB         带外数据
　　注意send函数成功返回并不代表对端一定收到了发送的消息，另外对于数据报协议如果发送的数据大于一个数据报长度则发送失败(errno设置为EMSGSIZE)。
　　调用ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_tnbytes, int flags, const struct sockaddr *destaddr, socklen_t destlen);发送数据，这个函数跟send基本上一致，除了能指定对端socket的地址(对于面向连接的协议SOCK_STREAM，destaddr以及destlen参数被忽略，对于无连接的协议SOCK_DGRAM数据发送到destaddr指定的socket)
　　调用ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr*msg, int flags);，此函数类似writev
　　接受socket数据有以下方法:
　　调用ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t nbytes,int flags);，返回0表示对端socket已经关闭，如果成功读取到数据则返回读取的字节数，flags取值如下:
　　MSG_OOB      带外数据
　　MSG_PEEK     查看数据，但不消耗数据
　　MSG_WAITALL  仅用于SOCK_STREAM，等待读取请求的所有数据，如果不指定此标志则可能返回少于请求的数据，对于SOCK_DGRAM则每次都返回一个完整的数据报，因此无需指定此标志
　　调用ssize_t recvfrom(int sockfd, void *restrict buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *restrict addr, socklen_t *restrict addrlen);，此函数跟recv不同之处是可以返回消息发送者的地址信息，主要用于无连接的SOCK_DGRAM。
　　调用ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);，此函数类似readv