1、Unix網(wǎng)絡(luò)編程,第九講 高級(jí)socket編程,1,內(nèi)容提要,高級(jí)IO函數(shù) Nonblocking IO 信號(hào)驅(qū)動(dòng)IO Unix domain socket,2,高級(jí)IO函數(shù),read/recv/readv/recvmsg write/send/writev/sendmsg recvmsg/sendmsg最為通用，可以替代所有的其它函數(shù) read/write最簡(jiǎn)單，并且不限于socket,3,recv/send 函數(shù),#include ssize_t recv(int sockfd, void *buff, size_t nbytes, int flags); ssize_t send(int

2、 sockfd, const void *buff, size_t nbytes, int flags); Both return: number of bytes read or written if OK, 1 on error,4,常見(jiàn)的 flags,5,MSG_DONTWAIT 標(biāo)志,對(duì)一個(gè)單獨(dú)的 I/O 操作設(shè)定 nonblocking 模式, 不必針對(duì)整個(gè) socket 該 I/O 操作結(jié)束后, 自動(dòng)關(guān)閉nonblocking 模式,6,MSG_PEEK 標(biāo)志,允許程序檢查有多少數(shù)據(jù)可讀 不同于recv/recvfrom的是，數(shù)據(jù)仍然存放在socket緩沖區(qū)內(nèi),7,MSG_WAIT

3、ALL 標(biāo)志,指示內(nèi)核只有當(dāng)指定數(shù)目的字節(jié)讀取完畢，read才能夠返回 如果系統(tǒng)支持該標(biāo)志，那么 readn 函數(shù)可以采用下面的宏代替 : #define readn(fd, ptr, n) recv(fd, ptr, n, MSG_WAITALL) 即便指定了 MSG_WAITALL, read仍然可能返回少于指定數(shù)目的數(shù)據(jù)： a signal is caught the connection is terminated an error is pending for the socket.,8,readv/writev 函數(shù),#include ssize_t readv(int filed

4、es, const struct iovec *iov, int iovcnt); ssize_t writev(int filedes, const struct iovec *iov, int iovcnt); Both return: number of bytes read or written, 1 on error,9,readv/writev 函數(shù),通用，不限于socket 類(lèi)似于 read / write, 但 readv / writev 允許一次調(diào)用讀/寫(xiě)多個(gè)緩沖區(qū) 這些操作習(xí)慣被稱(chēng)為 scatter read (因?yàn)閕nput被分散到多個(gè)應(yīng)用程序緩沖區(qū)) 和 gather

5、 write (因?yàn)槎鄠€(gè)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)被收集到一個(gè)輸出操作).,10,readv/writev 函數(shù),iov is a pointer to an array of iovec structures IOV_MAX 定義最大數(shù)組長(zhǎng)度限制,#include ssize_t readv(int filedes, const struct iovec *iov, int iovcnt); ssize_t writev(int filedes, const struct iovec *iov, int iovcnt); Both return: number of bytes read or writte

6、n, 1 on error,11,struct iovec,struct iovec void *iov_base; /* address of buffer */ size_t iov_len; /* size of buffer */ ;,12,Nonblocking IO,By default, sockets are blocking blocking socket 操作 輸入 read, readv, recv, recvfrom, and recvmsg 輸出 write, writev, send, sendto, and sendmsg 接受連接請(qǐng)求 accept 連接請(qǐng)求 c

7、onnect,13,Blocking I/O Model,14,Blocking read vs. nonblocking read,Blocking read TCP, 如果沒(méi)有數(shù)據(jù)，阻塞；如果哪怕有一個(gè)Byte的數(shù)據(jù)，可以返回，除非設(shè)置了MSG_WAITALL標(biāo)志 UDP，如果沒(méi)有報(bào)文到達(dá)，阻塞；有一個(gè)報(bào)文到達(dá)，返回 Nonblocking read 如果有數(shù)據(jù)，返回；否則，立即返回，指示錯(cuò)誤EWOULDBLOCK,15,Blocking write vs. nonblocking write,Blocking write TCP，寫(xiě)操作相當(dāng)于將應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)拷貝到內(nèi)核的socket se

8、nd緩沖區(qū)。 如果send緩沖滿(mǎn)，操作阻塞； 否則，返回實(shí)際拷貝的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（可能比預(yù)期的短） UDP，不會(huì)阻塞 Nonblocking write TCP，如果send緩沖區(qū)滿(mǎn)，立即返回，指示錯(cuò)誤EWOULDBLOCK,16,Accept: Blocking vs. nonblocking,accept 就是應(yīng)用程序從內(nèi)核的連接隊(duì)列中取出一個(gè)ESTABLISHED連接【回憶】 Blocking accept 如果有ESTABLISHED連接，返回之；否則，阻塞 Nonblocking accept 如果沒(méi)有，立即返回，指示錯(cuò)誤EWOULDBLOCK,17,listening socket的兩個(gè)

9、隊(duì)列,18,Connect: Blocking vs. nonblocking,connect 的任務(wù)是完成三次握手 Blocking connect 如果三次握手沒(méi)有完成，阻塞等待完成 否則返回 Nonblocking connect 如果三次握手沒(méi)有完成，立即返回，指示錯(cuò)誤EINPROGRESS,19,Connection Establishment,A 和 B 對(duì)初始序列號(hào)進(jìn)行協(xié)商 采用三次握手,A,B,SYN + Seq A,SYN+ACK-A + Seq B,ACK-B,20,Socket Timeouts,采用alarm 采用信號(hào) IO多路復(fù)用 select 可以管理多個(gè)file

10、descriptor 可以精確到微秒 SO_RCVTIMEO 和 SO_SNDTIMEO socket 選項(xiàng) 新的選項(xiàng)，并且僅限于socket,21,alarm例子,參見(jiàn) unpv103e/lib/connect_timeo.c,22,Nonblocking read/write,STDIN,STDOUT,TCP SOCKET,23,Echo client例子,見(jiàn) unpv103e/nonblock/strclinonb.c,24,緩沖區(qū)管理,25,Nonblocking connect,其它處理和三次握手并發(fā)進(jìn)行 一個(gè)connect 需要花費(fèi)一個(gè) RTT 的時(shí)間 一個(gè)RTT時(shí)間可能在幾ms（

11、LAN）到幾百ms 甚至幾秒（WAN）之間 采用nonblocking connect，多個(gè)連接建立過(guò)程可以同時(shí)進(jìn)行. 這在 Web browsers中非常常見(jiàn). 采用 select 來(lái)等待連接建立, select 可設(shè)置時(shí)間限制, 減少等待connect超時(shí)的時(shí)間 通常connect的超時(shí)從 75 秒到幾分鐘. 如果不想等那么長(zhǎng)時(shí)間，那就有必要采用nonblocking,26,Nonblocking connect 代碼,見(jiàn) unpv103e/lib/connect_nonb.c,27,Nonblocking connect Web client,見(jiàn) unpv103e/nonblock/ w

12、eb.c web.h home_page.c start_connect.c write_get_cmd.c,28,信號(hào)驅(qū)動(dòng)IO,SIGIO RT Signal,29,SIGIO 信號(hào)的發(fā)生條件,SIGIO with UDP Sockets socket上有一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文到達(dá) Socket上發(fā)生一個(gè)異步錯(cuò)誤 SIGIO with TCP Sockets 在監(jiān)聽(tīng) socket上有一個(gè)連接請(qǐng)求完成 連接拆卸請(qǐng)求啟動(dòng) 連接拆卸請(qǐng)求完成 半連接關(guān)閉shutdown Socket上有數(shù)據(jù)到達(dá) Socket上有數(shù)據(jù)發(fā)送 (i.e., 輸出緩沖區(qū)有空間) 有異步錯(cuò)誤發(fā)生,30,RT signal 實(shí)時(shí)信號(hào),W

13、hy RT signal? 信號(hào)驅(qū)動(dòng) I/O 處理多個(gè)連接時(shí)有些問(wèn)題, 程序無(wú)法知道是哪個(gè)socket有事件到達(dá). POSIX 實(shí)時(shí)信號(hào) (RT signals) 比較 SIGIO做了重大改進(jìn) 首先, 允許一個(gè)信號(hào)和一個(gè)描述符關(guān)聯(lián) 其次, 信號(hào)在內(nèi)核排隊(duì), 實(shí)現(xiàn)事件驅(qū)動(dòng)的機(jī)制 但是, 這個(gè)隊(duì)列可能溢出, 這時(shí)可能還需要 SIGIO.,31,Unix Domain socket,一種IPC機(jī)制，只能用于本機(jī)的進(jìn)程之間通信. 兩種類(lèi)型：Stream、Datagram 可以用于進(jìn)程之間傳遞文件描述符,32,Unix Domain socket,#include #include unix_socket = socket(PF_UNIX, type, 0); error = socketpair(PF_UNI