非阻塞式I/O
套接字的默认状态是阻塞的。这就意味着当发出一个不能立即完成的套接字调用时，其进程将被投入睡眠，等待相应的操作完成。可能阻塞的套接字调用可分为以下4类：
（1）输入操作，包括read，readv，recv，recvfrom和recvmsg共5个函数。如果某个进程对一个阻塞的TCP套接字（默认设置）调用这些输入函数之一，而且该套接字的接收缓冲区中没有数据可读，该进程将被投入睡眠，直到有一些数据到达。既然TCP是字节流协议，该进程的唤醒就是只要有一些数据到达，这些数据既可能是单个字节，也可能是一个完整的TCP分节中的数据，所以可以指定MSG_WAITALL标志。
既然UDP是数据报协议，如果一个阻塞的UDP套接字的接收缓冲区为空，对它调用输入函数的进程将被投入睡眠，直到有UDP数据报到达。
对于非阻塞的套接字，如果输入操作不能被满足（对于TCP套接字即至少有一个字节的数据报可读，对于UDP套接字即有一个完整的数据报可读），相应调用将立即返回一个EWOULDBLOCK错误。
（2）输出操作，包括write，writev，send，sento和sendmsg共5个函数。对于一个TCP套接字，内核将从应用进程的缓冲区到该套接字的发送缓冲区复制数据。对于阻塞的套接字，如果其发送缓冲区中没有空间，进程将被投入睡眠，直到有空间为止。
对于一个非阻塞的TCP套接字，如果其发送缓冲区中根本没有空间，输出函数调用将立即返回一个EWOULDBLOCK错误。如果其发送缓冲区中有一些空间，返回值将是内核能够复制到该缓冲区中的字节数。
UDP套接字不存在真正的发送缓冲区。内核只是复制应用进程数据并把它沿协议栈向下传送，渐次冠以UDP首部和IP首部。因此对一个阻塞的UDP套接字（默认设置），输出函数调用将不会因与TCP套接字一样的原因而阻塞，不过有可能会因为其他的原因而阻塞。
（3）接受外来连接，即accept函数。如果对一个阻塞的套接字调用accept函数，并且尚无新的连接到达，调用进程将被投入睡眠。如果对一个非阻塞的套接字调用accept函数，并且尚无新的连接到达，accept调用将立即返回一个EWOULDBLOCK错误。
（4）发起外出连接，即用于TCP的connect函数（connect也可用于UDP，不过它不能是一个“真正”的连接建立起来，他只是使内核保存对端的IP地址和端口号）。TCP连接的建立涉及一个三次握手过程，而且connect函数一直等到客户收到自己的SYN的ACK为止才返回。这意味着TCP的每个connect总是阻塞其调用进程至少一个到服务器的RTT时间。
如果对一个非阻塞的TCP套接字调用connect，并且连接不能立即建立，那么连接的建立能照样发起（譬如送出TCP三次握手的第一个分组），不过会返回一个EINPROGRESS错误。注意这个错误不同于上述三个情形中的返回的错误。
非阻塞读和写（str_cli函数）
如果client调用write把内容发送给服务器，此时发送缓冲区已满，write则会阻塞，在此阻塞期间，可能有来自套接字缓冲区的数据可读；类似，如果从套接字缓冲区有一行文本输入可读，那么一旦标准输入比网络还要慢，那么进程可能阻塞于后续的write调用。
以下程序维护两个缓冲区：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。
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; 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; /* initialize buffer pointers */ friptr = froptr = fr; stdineof = 0; maxfdp1 = max(max(STDIN_FILENO, STDOUT_FILENO), sockfd) + 1; for ( ; ; ) { FD_ZERO(&rset); FD_ZERO(&wset); if (stdineof == 0 && toiptr < &to[MAXLINE]) FD_SET(STDIN_FILENO, &rset); /* read from stdin */ if (friptr < &fr[MAXLINE]) FD_SET(sockfd, &rset); /* read from socket */ 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); 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, "%s: EOF on stdin\n", gf_time()); stdineof = 1; /* all done with stdin */ if (tooptr == toiptr)//如果缓冲区不再有数据发送，就调用shutdown发送FIN到服务器；如果仍有数据发送，就推迟到缓冲区中数据写到套接字之后 Shutdown(sockfd, SHUT_WR);/* send FIN */ } else { fprintf(stderr, "%s: read %d bytes from stdin\n", gf_time(), n); toiptr += n; /* # just read */ FD_SET(sockfd, &wset); /* try and write to socket below */ } } 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, "%s: EOF on socket\n", gf_time()); if (stdineof) return; /*如果在标准输入上遇到EOF，则为正常的normal termination */ else err_quit("str_cli: server terminated prematurely");//否则来自服务器的EOF并为预期 } else { fprintf(stderr, "%s: read %d bytes from socket\n",gf_time(), n); friptr += n; /* # just read */ FD_SET(STDOUT_FILENO, &wset); /* try and write below */ } } 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, "%s: wrote %d bytes to stdout\n",gf_time(), 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(sockfd, tooptr, n)) < 0) { if (errno != EWOULDBLOCK) err_sys("write error to socket"); } else { fprintf(stderr, "%s: wrote %d bytes to socket\n",gf_time(), nwritten); tooptr += nwritten; /* # just written */ if (tooptr == toiptr) { toiptr = tooptr = to; /* back to beginning of buffer */ if (stdineof) Shutdown(sockfd, SHUT_WR); /* send FIN */ } } } } }
str_cli的简单版本
每当需要使用非阻塞式I/O时，更简单的办法是把应用程序任务划分为多个进程（fork）或多个线程。
这个函数一开始就调用fork把当前进程划分成一个父进程和一个子进程。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。
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); /* in case parent still running */ exit(0); } /* parent: stdin -> server */ while (Fgets(sendline, MAXLINE, fp) != NULL) Writen(sockfd, sendline, strlen(sendline)); Shutdown(sockfd, SHUT_WR); /* EOF on stdin, send FIN */ pause(); return; }
我们知道TCP连接是全双工的，而且父子进程共享同一个套接字：父进程往该套接字中写，子进程从该套接字中读。尽管套接字只有一个，其接收缓冲区和发送缓冲区也分别只有一个，然而这个套接字却有两个描述符在引用它：一个在父进程中，另一个在子进程中。
我们同样需要考虑进程终止序列。正常的终止序列从标准输入上遇到EOF之时开始发生。父进程读入来自标准输入的EOF后调用shutdown发送FIN。但当这发生之后，子进程需继续从服务器到标准输出执行数据复制，直到在套接字上读到EOF。
服务器进程过早终止也有可能发生。要是发生这种情况，子进程将在套接字上读到EOF。这样的子进程必须告知父进程停止从标准输入到套接字复制数据。子进程向父进程发送一个SIGTERM信号，以防止父进程仍在运行。如此处理的另一个手段是子进程无为的终止，使得父进程（如果仍在运行的话）捕获一个SIGCHLD信号。
父进程完成数据复制后调用pause让自己进入睡眠状态，直到捕获一个信号（子进程来的SIGTERM信号），尽管它不主动捕获任何信号。SIGTERM信号的默认行为是终止进程。
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。非阻塞的connect有三个用途
1.我们可以把三路握手叠加在其他处理上。完成一个connect要花一个RTT时间，其波动范围很大，从局域网上的几个毫秒到几百个毫秒甚至是广域网的几秒。这段时间可以处理其他工作。
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，我们可以给select指定一个时间限制，使得我们能够缩短connect的超时。许多实现有着从75毫秒到数分钟的connect超时时间。应用程序有时想要一个更短的超时时间，可以使用非阻塞的connect.
怎么使用connect：
- 先将套接字描述符设置为非阻塞，然后按照常规网络编程，直到调用connect时，connect将立即返回一个EINPROGRESS错误（ps： 已经发起的三路握手继续执行）。我们接着使用I/O复用（比如 select）检测这个连接或成功或失败的已建立条件，需要注意的处理细节。
- 尽管套接字是非阻塞的，如果连接的服务器在同一主机上，我们调用connect时，连接通常立刻建立。
- 关于select和非阻塞connect的以下两个规则:当连接成功建立时，描述符变为可写；当连接建立遇到错误时，描述符变为既可读又可写（TCP套接字可写的条件是发送缓冲区中有可用空间）。
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 timeval tval; flags = Fcntl(sockfd, F_GETFL, 0); Fcntl(sockfd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK); error = 0; if ( (n = connect(sockfd, saptr, salen)) < 0) if (errno != EINPROGRESS)//此错误为期望的错误，表示连接建立已经启动但尚未成功 return(-1); /* Do whatever we want while the connect is taking place. */ 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) { close(sockfd); /* timeout */ errno = ETIMEDOUT; return(-1); } if (FD_ISSET(sockfd, &rset) || FD_ISSET(sockfd, &wset)) { len = sizeof(error); if (getsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &error, &len) < 0) return(-1); /* Solaris pending error */ } 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); }
如何判断非阻塞connect调用后，连接是否成功建立：
- 调用getpeername代替getsockopt，先判断套接字可读或可写条件，如果getpeername以ENOTCONN错误失败返回，那么连接已经建立失败，接着必须以SO_ERROR调用getsockopt，检查套接字上是否存在待处理错误。
- 以值为0的长度参数调用read，如果read失败，则connect失败，read返回错误errno给出原因，如果建立连接成功，read返回0.
- 再调用connect一次，他应该失败，如果错误是EISCONN，那么套接字已经成功连接，也就是第一次成功连接。
被中断的connect
如果对于正常阻塞的套接字，其上的connect在调用TCP三路握手完成前被中断（比如捕捉了某个信号），则connect中断不能由内核自动重启，将返回EINTR，我们不能再次调用connect，这样做导致EADDRINUSE错误。
这种情况下我们只能再次调用select，相对于非阻塞connect那样，连接建立完成时，select返回可读条件，建立连接失败时select返回套接字即可读又可写。
非阻塞accept
客户端
/* 初始化套接字操作 */ connect(sockfd,(sockaddr*)&servAddr,sizeof(servAddr)); struct linger ling; ling.l_onoff=1;//cause RST to sent on close() ling.l_linger=0; setsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_LINGER,&ling,sizeof(ling)); close(sockfd);
服务器端
- if(FD_ISSET(listenfd,&rest))//new connection { sleep(5); clien=sizeof(cliAddr); connfd=accept(listenfd,(sockaddr*)&cliAddr,&clien); }
- select向服务器返回可读，但是过一段时间在调用accept
- 在服务器从select返回到调用accept期间，服务器TCP收到来自客户端的RST
- 这个已完成得连接被服务器TCP驱除队列，假设队列中没有其他的已完成的连接
- 服务器端调用accept，但是没有已完成的连接，服务器会一直阻塞在accept上，直到其他某个客户建立连接
解决办法：
- 当使用select获悉某个监听套接字上何时有已完成连接准备被accept时，总是把这个监听套接字设置为非阻塞
- 在后续的accept调用中忽略以下错误：EWOULDBLOCK(源自bk，客户终止连接时），ECONNABORTED(POSIX实现，客户终止连接时，EPROTO（SVR4实现，客户中止连接时）和EINTR（如果有信号被捕获）
