`socket`的阻塞模式和非阻塞模式

无论是Windows还是Linux,默认创建socket都是阻塞模式的

在Linux中,可以再创建socket是直接将它设置为非阻塞模式

int socket (int __domain, int __type, int __protocol)

将__type增加SOCK_NOBLOCK

不仅如此,在Linux上直接利用accept函数返回的代表与客户端通信的socket也提供了一个拓展函数accept4,直接将accept4返回的socket设置为非阻塞的

`send`和`recv`函数在阻塞和非阻塞模式下的表现

send和recv函数并不是直接向网络上发送数据和接收数据

send函数是将应用层发送缓冲区的数据拷贝到内核缓冲区中

recv函数是将内核缓冲区的数据拷贝到应用缓冲区

可以用下面这张图来描述:

通过上图我们可以知道,不同的程序进行网络通信时,发送的一方会将内核缓冲区的数据通过网络传输给接收方的内核缓冲区。

在应用程序A与应用程序B建立TCP连接后,假设A不断调用send函数,会将数据不断拷贝到对应的内核缓冲区,如果应用程序不调用recv函数,那么在应用程序B的内核缓冲区被填满后,A的缓冲区也随后被填满,此时如果A继续调用send函数会有什么后果呢?

当socket处于阻塞模式时,继续调用send/recv函数,程序会阻塞在send/recv调用处
当socket处于非阻塞模式时,继续调用send/recv函数,会返回错误码

socket阻塞模式下send函数的表现

代码来自《C++服务器开发精髓》

服务端代码:

#include <sys/types.h> 
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <iostream>
#include <string.h>int main(int argc, char* argv[])
{//1.创建一个侦听socketint listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (listenfd == -1){std::cout << "create listen socket error." << std::endl;return -1;}//2.初始化服务器地址struct sockaddr_in bindaddr;bindaddr.sin_family = AF_INET;bindaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);bindaddr.sin_port = htons(3000);if (bind(listenfd, (struct sockaddr *)&bindaddr, sizeof(bindaddr)) == -1){std::cout << "bind listen socket error." << std::endl;close(listenfd);return -1;}//3.启动侦听if (listen(listenfd, SOMAXCONN) == -1){std::cout << "listen error." << std::endl;close(listenfd);return -1;}while (true){struct sockaddr_in clientaddr;socklen_t clientaddrlen = sizeof(clientaddr);//4. 接受客户端连接int clientfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&clientaddr, &clientaddrlen);if (clientfd != -1){         	//只接受连接，不调用recv收取任何数据std:: cout << "accept a client connection." << std::endl;}}//7.关闭侦听socketclose(listenfd);return 0;
}

客户端代码:

/*** 验证阻塞模式下send函数的行为，client端* zhangyl 2018.12.17*/
#include <sys/types.h> 
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <iostream>
#include <string.h>#define SERVER_ADDRESS "127.0.0.1"
#define SERVER_PORT     3000
#define SEND_DATA       "helloworld"int main(int argc, char* argv[])
{//1.创建一个socketint clientfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (clientfd == -1){std::cout << "create client socket error." << std::endl;return -1;}//2.连接服务器struct sockaddr_in serveraddr;serveraddr.sin_family = AF_INET;serveraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_ADDRESS);serveraddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);if (connect(clientfd, (struct sockaddr *)&serveraddr, sizeof(serveraddr)) == -1){std::cout << "connect socket error." << std::endl;close(clientfd);return -1;}//3. 不断向服务器发送数据，或者出错退出int count = 0;while (true){int ret = send(clientfd, SEND_DATA, strlen(SEND_DATA), 0);if (ret != strlen(SEND_DATA)){std::cout << "send data error." << std::endl;break;} else{count ++;std::cout << "send data successfully, count = " << count << std::endl;}}//5. 关闭socketclose(clientfd);return 0;
}

先启动server在启动client,客户端会不断向服务端发送helloworld,每次发送成功后会打印计数器,运行一顿时间后,停止打印,计数器不再增加

20210706214738

当程序不再有输出,说明阻塞在某个函数gdb看一看

(gdb) bt
#0  0x00007ffff7d03690 in __libc_send (fd=3, buf=0x555555556045, len=10, flags=0) at ../sysdeps/unix/sysv/linux/send.c:28
#1  0x00005555555553bb in main (argc=1, argv=0x7fffffffdf28) at client.cpp:42
(gdb)

果然是send函数

上面这个例子证明了如果一端一直发送数据,另一端不接收数据,内核缓冲区很快就会被填满,发生阻塞. 其实这里所说的内核缓冲区就是TCP窗口

我们现在利用tcpdump工具查看一下这种情况下TCP窗口的大小

22:01:57.543364 IP 127.0.0.1.53382 > 127.0.0.1.3000: Flags [S], seq 1832090129, win 65495, options [mss 65495,sackOK,TS val 451488646 ecr 0,nop,wscale 7], length 0
22:01:57.543379 IP 127.0.0.1.3000 > 127.0.0.1.53382: Flags [S.], seq 1797517498, ack 1832090130, win 65483, options [mss 65495,sackOK,TS val 451488646 ecr 451488646,nop,wscale 7], length 0
22:01:57.543386 IP 127.0.0.1.53382 > 127.0.0.1.3000: Flags [.], ack 1797517499, win 512, options [nop,nop,TS val 451488646 ecr 451488646], length 0
...
22:02:11.342670 IP 127.0.0.1.3000 > 127.0.0.1.53382: Flags [.], ack 1832177322, win 0, options [nop,nop,TS val 451502445 ecr 451488936], length 0

win就是TCP窗口的大小可以看出,逐渐减小最后变为零

socket非阻塞模式下send函数的表现

就是返回一个错误码,不阻塞了,略…
socket阻塞模式下recv函数的表现

阻塞了就…
socket非阻塞模式下recv函数的表现

recv在没有数据可读的情况下,会立即返回,返回值为-1

非阻塞模式下`send`和`recv`函数返回值总结

返回值n	含义
大于0	成功发送或接受n字节
等于零	对方关闭连接
小于零	出错,被信号中断,TCP窗口太小导致数据发送不出去,或者当前网卡缓冲区已经无数据可以接受

详细介绍:

返回值大于0

当send和recv函数返回值大于0时,表示发送或者接收多少字节.需要注意的是,在这种情况下,**判断send返回值是否等于要发送的字节数,而不是简单地判断返回值是否大于零
```
int n = send(socketfd,buf,buf_length,0);if (n>0){printf("send successfully");}
```
很多新手就会写出以上的代码(比如我…)虽然返回值大于零,但由于对端TCP窗口已满,搜易我们所期望发送的字节,并没有全部被对方接收,所以n的大小在区间(0,buf_length)内

解决办法:
- 在返回值等于buf_length时才认为正确
- 在一个循环中调用send函数,如果一次性发送不完,记录偏移量,接着从偏移量处发送
返回值等于0
- 对端关闭了连接
- 特殊情况:send函数主动发送了0字节
小于零

出错啦呗