套接字I/O超时设置方法和用select实现超时 connect机制

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使用alarm函数设置超时

void handler(int sig)
{
}
signal(SIGALRM, handler);

alarm(5);
int ret = read(fd, buf, sizeof(buf));
if (ret == -1 && errno == EINTR) 
    errno = ETIMEOUT;
else if (ret >= 0)
    alarm(0);

EINTR为中断信号，如果read在5s内被SIGALRM信号中断而返回，则表示超时，否则未超时已读取到数据，取消闹钟。但这种方法不常用，因为有时可能在其他地方使用了alarm会造成混乱。

使用套接字选项SO_SNDTIMEO、SO_RCVTIMEO

struct timeval timeout = {3,0}; 
setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, (char *)&timeout, sizeof(struct timeval));

int ret = read(sock, buf, sizeof(buf));
if (ret == -1 && errno == EWOULDBLOCK)
    errno = ETIMEOUT;

使用setsockopt 函数进行设置，但这种方法可移植性比较差，不是每种系统实现都有这些选项。

使用select 实现超时

read_timeout、write_timeout、accept_timeout、connect_timeout四个函数封装

#include "sysutil.h"

/* read_timeout - 读超时检测函数，不含读操作
 * fd:文件描述符
 * wait_seconds:等待超时秒数， 如果为0表示不检测超时；
 * 成功（未超时）返回0，失败返回-1，超时返回-1并且errno = ETIMEDOUT
 */

int read_timeout(int fd, unsigned int wait_seconds)
{
    int ret = 0;
    if (wait_seconds > 0)
    {

        fd_set read_fdset;
        struct timeval timeout;

        FD_ZERO(&read_fdset);
        FD_SET(fd, &read_fdset);

        timeout.tv_sec = wait_seconds;
        timeout.tv_usec = 0;

        do
        {
            ret = select(fd + 1, &read_fdset, NULL, NULL, &timeout); //select会阻塞直到检测到事件或者超时
            // 如果select检测到可读事件发送，则此时调用read不会阻塞
        }
        while (ret < 0 && errno == EINTR);

        if (ret == 0)
        {
            ret = -1;
            errno = ETIMEDOUT;
        }
        else if (ret == 1)
            return 0;

    }

    return ret;
}

/* write_timeout - 写超时检测函数，不含写操作
 * fd:文件描述符
 * wait_seconds:等待超时秒数， 如果为0表示不检测超时；
 * 成功（未超时）返回0，失败返回-1，超时返回-1并且errno = ETIMEDOUT
 */

int write_timeout(int fd, unsigned int wait_seconds)
{
    int ret = 0;
    if (wait_seconds > 0)
    {

        fd_set write_fdset;
        struct timeval timeout;

        FD_ZERO(&write_fdset);
        FD_SET(fd, &write_fdset);

        timeout.tv_sec = wait_seconds;
        timeout.tv_usec = 0;

        do
        {
            ret = select(fd + 1, NULL, &write_fdset, NULL, &timeout);
        }
        while (ret < 0 && errno == EINTR);

        if (ret == 0)
        {
            ret = -1;
            errno = ETIMEDOUT;
        }
        else if (ret == 1)
            return 0;

    }

    return ret;
}

/* accept_timeout - 带超时的accept
 * fd: 套接字
 * addr: 输出参数，返回对方地址
 * wait_seconds: 等待超时秒数，如果为0表示正常模式
 * 成功（未超时）返回已连接套接字，失败返回-1，超时返回-1并且errno = ETIMEDOUT
 */

int accept_timeout(int fd, struct sockaddr_in *addr, unsigned int wait_seconds)
{
    int ret;
    socklen_t addrlen = sizeof(struct sockaddr_in);

    if (wait_seconds > 0)
    {

        fd_set accept_fdset;
        struct timeval timeout;
        FD_ZERO(&accept_fdset);
        FD_SET(fd, &accept_fdset);

        timeout.tv_sec = wait_seconds;
        timeout.tv_usec = 0;

        do
        {
            ret = select(fd + 1, &accept_fdset, NULL, NULL, &timeout);
        }
        while (ret < 0 && errno == EINTR);

        if (ret == -1)
            return -1;
        else if (ret == 0)
        {
            errno = ETIMEDOUT;
            return -1;
        }
    }

    if (addr != NULL) //addr为传出参数
        ret = accept(fd, (struct sockaddr *)addr, &addrlen);
    else
        ret = accept(fd, NULL, NULL);
    if (ret == -1)
        ERR_EXIT("accpet error");

    return ret;
}

/* activate_nonblock - 设置IO为非阻塞模式
 * fd: 文件描述符
 */
void activate_nonblock(int fd)
{
    int ret;
    int flags = fcntl(fd, F_GETFL);
    if (flags == -1)
        ERR_EXIT("fcntl error");

    flags |= O_NONBLOCK;
    ret = fcntl(fd, F_SETFL, flags);
    if (ret == -1)
        ERR_EXIT("fcntl error");
}

/* deactivate_nonblock - 设置IO为阻塞模式
 * fd: 文件描述符
 */
void deactivate_nonblock(int fd)
{
    int ret;
    int flags = fcntl(fd, F_GETFL);
    if (flags == -1)
        ERR_EXIT("fcntl error");

    flags &= ~O_NONBLOCK;
    ret = fcntl(fd, F_SETFL, flags);
    if (ret == -1)
        ERR_EXIT("fcntl error");
}

/* connect_timeout - 带超时的connect
 * fd: 套接字
 * addr: 输出参数，返回对方地址
 * wait_seconds: 等待超时秒数，如果为0表示正常模式
 * 成功（未超时）返回0，失败返回-1，超时返回-1并且errno = ETIMEDOUT
 */
int connect_timeout(int fd, struct sockaddr_in *addr, unsigned int wait_seconds)
{
    int ret;
    socklen_t addrlen = sizeof(struct sockaddr_in);

    if (wait_seconds > 0)
        activate_nonblock(fd);

    ret = connect(fd, (struct sockaddr *)addr, addrlen);
    if (ret < 0 && errno == EINPROGRESS)
    {

        fd_set connect_fdset;
        struct timeval timeout;
        FD_ZERO(&connect_fdset);
        FD_SET(fd, &connect_fdset);

        timeout.tv_sec = wait_seconds;
        timeout.tv_usec = 0;

        do
        {
            /* 一旦连接建立，套接字就可写 */
            ret = select(fd + 1, NULL, &connect_fdset, NULL, &timeout);
        }
        while (ret < 0 && errno == EINTR);

        if (ret == 0)
        {
            errno = ETIMEDOUT;
            return -1;
        }
        else if (ret < 0)
            return -1;

        else if (ret == 1)
        {
            /* ret返回为1，可能有两种情况，一种是连接建立成功，一种是套接字产生错误
             * 此时错误信息不会保存至errno变量中（select没出错）,因此，需要调用
             * getsockopt来获取 */
            int err;
            socklen_t socklen = sizeof(err);
            int sockoptret = getsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &err, &socklen);
            if (sockoptret == -1)
                return -1;
            if (err == 0)
                ret = 0;
            else
            {
                errno = err;
                ret = -1;
            }
        }
    }

    if (wait_seconds > 0)
        deactivate_nonblock(fd);

    return ret;
}

在调用connect前需要使用fcntl函数将套接字标志设置为非阻塞，如果网络环境很好，则connect立即返回0，不进入if大括号执行；如果网络环境拥塞，则connect返回-1且errno ==
EINPROGRESS，表示正在处理。

还需要注意的是当select返回1，可能有两种情况:一种是连接成功，一种是套接字产生错误。这两种情况都会产生可写事件，所以需要使用getsockopt来获取一下。

在退出之前还需重新将套接字设置为阻塞。

connect_timeout函数测试程序

#include "sysutil.h"

int main(void)
{
    int sock;
    if ((sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)) < 0)
        ERR_EXIT("socket");

    struct sockaddr_in servaddr;
    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port = htons(5188);
    servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");


    int ret = connect_timeout(sock, &servaddr, 5);
    if (ret == -1 && errno == ETIMEDOUT)
    {
        printf("timeout...\n");
        return 1;
    }
    else if (ret == -1)
        ERR_EXIT("connect_timeout");

    struct sockaddr_in localaddr;
    socklen_t addrlen = sizeof(localaddr);
    if (getsockname(sock, (struct sockaddr *)&localaddr, &addrlen) < 0)
        ERR_EXIT("getsockname");

    printf("ip=%s port=%d\n", inet_ntoa(localaddr.sin_addr), ntohs(localaddr.sin_port));

    return 0;
}

read_timeout函数的使用

int ret;
ret = read_timeout(fd, 5);
if (ret == 0)
    read(fd, buf, sizeof(buf));
else if (ret == -1 && errno == ETIMEOUT)
    printf("timeout...\n");
else
    ERR_EXIT("read_timeout");

tcp connect机制

connect只是完成发送syn的过程，后续的两次握手由协议栈成。如果fd是阻塞的，则connect会一直等到超时或者连接成功返回；如果fd是非阻塞的，则connect会立刻返回，但此时协议栈是否已经完成连接要判断下返回值和errno；如果是非阻塞方式，判断返回值；如果是阻塞方式，可以用setsockopt设置SO_SNDTIMEO。