Linux网络编程细节点

将套接字设置为非阻塞的
- - - 1.使用socket函数创建的套接字，将其设置为非阻塞的
    - 2.服务端开发中，将用于通信的套接字设置为非阻塞的
实现字节序转换函数
非阻塞的connect
常见的socket选项
bind函数
listen函数
服务端如何保证在关闭连接前将数据包发送给客户端
epoll模型的触发方式

将套接字设置为非阻塞的

1.使用socket函数创建的套接字，将其设置为非阻塞的

使用socket函数创建套接字时，指定SOCK_NONBLOCK标志位

int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM | SOCK_NONBLOCK, 0);
if (listenfd == -1) {
    exit(-1);
}

使用fcntl函数实现

int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM | SOCK_NONBLOCK, 0);
if (listenfd == -1) {
    exit(-1);
}

int flags = fcntl(listenfd, F_GETFD, 0);
flags |= O_NONBLOCK;
fcntl(listenfd, F_SETFD, flags);

2.服务端开发中，将用于通信的套接字设置为非阻塞的

在接收连接请求时使用accept4函数

struct sockaddr_in client_addr;
socklen_t client_addr_len = sizeof(client_addr);
int client_fd = accept4(listenfd, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_addr_len, SOCK_NONBLOCK);

在接收连接请求时使用accept函数，然后使用fcntl函数将用于通信的套接字设置为非阻塞的。

实现字节序转换函数

1.字节序

大端序：又称网络字节序。数据的高位字节存储在内存低地址
小端序：又称主机字节序。数据的高位字节存储在内存高地址

2.字节序的判断

#include <stdio.h>

union 
{
    char c[4];
    unsigned int n;
}host_order = {'0','1','2','3'};

#define LITTLE_ENDIAN ('0' == (char)host_order.n)
#define BIG_ENDIAN ('3' == (char)host_order.n)
int main() {
    // 0x33323130
    printf("%#x\n",host_order.n);
    
    if (LITTLE_ENDIAN) {
        printf("本主机使用的字节序为小端字节序\n");
    } else if (BIG_ENDIAN) {
        printf("本主机使用的字节序为大端序\n");
    }

    return 0;
}

3.字节序转换

16位整数从主机字节序转换为网络字节序

// 将16位的端口号从主机字节序转换为网络字节序
unsigned short int m_htons(unsigned short int port) {
    if LITTLE_ENDIAN {
        return port << 8 | port >> 8;
    }
    return port;
}

将32位的整数从主机字节序转换为网络字节序

// 将32位的IP从主机字节序转换为网络字节序
unsigned int m_htonl(unsigned int ip) {
    if LITTLE_ENDIAN {
        return (ip << 24) |
            (ip << 8 & 0x00ff0000) | 
            (ip >> 8 & 0x0000ff00) |
            (ip >> 24);
    }
    return ip;
}

非阻塞的connect

使用非阻塞的套接字向服务端发起连接会理解返回，此时需要利用一些方法得到connect函数调用的返回结果

方法1：

将套接字设置为非阻塞的
判断connect函数的返回值，如EINTR、EINPROGRESS。如果返回0则表示连接成功，直接返回，无34两部。
如果错误码为EINPROGRESS，则使用select进一步判断是否可写来判断连接是否成功建立。
使用getsockopt判断是否出错，不出错则表示由连接成功触发的可写事件，从而表示连接成功建立

#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <sys/select.h>

#define SEVER_ADDRESS "127.0.0.1"
#define SERVER_PORT 8000

bool connect(int timeout = 6) {
    // 创建非阻塞的套接字
    int clientfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM | SOCK_NONBLOCK, 0);
    if (clientfd == -1) {
        perror("create socket error");
        return false;
    }

    struct sockaddr_in serv_addr;
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
    serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SEVER_ADDRESS);
    while (1) {
        int ret = connect(clientfd, (sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));
        // 连接成功
        if (ret == 0) {
            close(clientfd);
            return true;
        } else if (ret == -1) {
            // 被信号中断
            if (errno == EINTR) {
                printf("连接过程中被信号中断...\n");
                continue;
            } else if (errno == EINPROGRESS) {
                printf("连接正在进行中...\n");
                break;
            } else {
                close(clientfd);
                return false;
            }
        }
    }

    fd_set writefds;
    FD_ZERO(&writefds);
    FD_SET(clientfd, &writefds);

    struct timeval tv;
    tv.tv_sec = timeout;
    tv.tv_usec = 0;

    if (select(clientfd + 1, nullptr, &writefds, nullptr, &tv) <= 0) {
        perror("连接失败");
        close(clientfd);
        return false;
    }

    // clientfd上写事件就绪
    int err;
    socklen_t len = static_cast<socklen_t>(sizeof err);
    //调用getsockopt检测此时socket是否出错
    if (getsockopt(clientfd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &err, &len) < 0 || err != 0)
    {
        close(clientfd);
        return false;
    }

    // 无错则表示连接成功触发的写事件就绪
    if (err == 0) {
        printf("连接成功\n");
        close(clientfd);
        return true;
    } else
        perror("连接失败");
        close(clientfd);
        return false;
    
    
}
int main() {
    bool flag = connect();
    printf("flag:%s\n", flag == true ? "连接成功" : "连接失败");
    return 0;
}

方法2：使用poll代替方法1中的select

常见的socket选项

SO_LINGER选项
1. 这个选项用于控制close系统调用在关闭TCP连接时的行为。可以通过调用setsockopt函数设置SO_LINGER选项的值，示例如下：
```
#include <sys/socket.h>
struct linger {
    int l_onoff;    // 0表示关闭该选项，非0表示开启该选项
    int l_linger; // 滞留时间
}
```
1. close系统调用可能产生的不同的行为：
TCP_NODELAY：这个选项与Nagle算法有关，设置了这个选项表示禁止Nagle算法。
SO_KEEPALIVE：发送周期性保活报文以维持连接。套接字设置了这个选项，将默认每隔两个小时发送一个心跳检测包给对端。两个小时太长，可以通过设置TCP_KEEPIDLE、TCP_KEEPINTVL 和 TCP_KEEPCNT选项进行更改。示例代码如下：

// 设置SO_KEEPALIVE选项
int val = 1
setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE, &val, sizeof(val))；

//发送 keepalive 报文的时间间隔
val = 7200;
// IPPROTO_TCP表示TCP选项
setsockopt(fd, IPPROTO_TCP, TCP_KEEPIDLE, &val, sizeof(val));

//两次重传报文的时间间隔
int interval = 75;
setsockopt(fd, IPPROTO_TCP, TCP_KEEPINTVL, &interval, sizeof(interval));

// 重传次数
int cnt = 9;
setsockopt(fd, IPPROTO_TCP, TCP_KEEPCNT, &cnt, sizeof(cnt));

SO_RCVBUF/SO_SNDBUF：TCP接收缓冲区和发送缓冲区大小

设置超时时间的选项

SO_RCVTIMO：对于阻塞套接字，设置接收数据阻塞时的时长
SO_SNDTIMEO：对于阻塞套接字，设置发送数据阻塞时的时长或者connect系统调用阻塞的时长。对于connect系统调用，系统调用超时后返回-1，错误码为EINPROGRESS。示例如下：

int timeout_connect(const char* ip, int port, int timeout) {
    int ret = 0;
    struct sockaddr_in address;
    bzero(&address, sizeof(address));
    address.sin_family = AF_INET;
    inet_pton(AF_INET, ip, &address.sin_addr);
    address.sin_port = htons(port);

    int sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    struct timeval time;
    time.tv_sec = timeout;
    time.tv_usec = 0;
    socklen_t len = sizeof(time);
    setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_SNDTIMEO, &time, len);
    ret = connect(sockfd, (const sockaddr*)&address, sizeof(address));
    if (ret == -1) {
        if (errno == EINPROGRESS) {
            printf("连接超时\n");
            // 这里可以执行一些定时任务
            return -1;
        }
        printf("错误发生\n");
        return -1;
    }
    return sockfd;
}

SO_REUSEADDR/SO_REUSEPORT：分别设置IP地址或者端口的复用
SO_ERROR：套接字上的错误

bind函数

在编写服务端时，通过bind函数绑定0IP地址。系统将会选择一个网卡地址
在编写服务端时，通过bind函数绑定0号端口。系统将会选择一个端口号
在编写客户端时，调用bind函数绑定指定的端口与服务端通信。客户端将以指定的端口号运行。

listen函数

listen函数的第二参数backlog：表示未接受处理请求连接的最大长度，pending connections将放在一个队列上，这个backlog参数即为这个队列的长度

服务端如何保证在关闭连接前将数据包发送给客户端

这是一个半关闭问题

调用send/write发送数据
设置SO_LINGER选项
启动TCP_NODELAY选项
调用shutdown函数

epoll模型的触发方式

监听套接字是用于监听客户端连接请求的套接字，通信套接字是用于和客户端数据通信的套接字。epoll模型的触发方式有如下几种：

侦听套接字是非阻塞的水平触发模式：这种情况可行
通信套接字是阻塞的水平触发模式：这种情况与通信套接字是非阻塞的水平触发模式效果一样。
通信套接字是非阻塞的水平触发模式：这种情况可行
侦听套接字是非阻塞的边缘触发模式：这种情况不可行，可能会出现部分客户端连接不上的情况
通信套接字是阻塞的边缘触发模式：这种情况不可行，因为通信套接字是阻塞的，则在收发数据时会阻塞网络线程，导致无法处理新的客户端的连接请求。
通信套接字是非阻塞的边缘触发模式：这种情况下可行，需要在循环中收取数据。
总结：epoll的水平触发模式既可以使用阻塞IO，也可以使用非阻塞IO；边缘触发模式只能使用非阻塞io，即将用于和客户端通信的套接字设置成非阻塞的。

posted on 2024-05-06 00:07 scrutiny-span 阅读(9) 评论(0) 编辑收藏举报

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将套接字设置为非阻塞的

1.使用socket函数创建的套接字，将其设置为非阻塞的

2.服务端开发中，将用于通信的套接字设置为非阻塞的

实现字节序转换函数

1.字节序

2.字节序的判断

3.字节序转换

非阻塞的connect

常见的socket选项

bind函数

listen函数

服务端如何保证在关闭连接前将数据包发送给客户端

epoll模型的触发方式