Linux connect阻塞详解
在Linux系统编程中，网络通信是一个常见的任务，而在进行网络通信时，connect函数用于建立与远程服务器的连接。connect函数的默认行为是阻塞的，这在某些情况下可能会导致程序长时间等待，影响用户体验或系统性能，本文将详细探讨connect函数的阻塞行为及其解决方法。
一、connect函数
connect函数是Linux网络编程中用于发起TCP连接的关键函数之一，它的主要作用是向远程服务器发送一个连接请求，并等待服务器的响应以建立连接，该函数的定义如下：
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
sockfd: 套接字文件描述符，标识要连接的套接字。
addr: 指向包含远程服务器地址的结构体指针。
addrlen: 地址结构体的长度。
二、阻塞行为分析
当调用connect函数时，如果套接字处于默认的阻塞模式，那么该函数会一直等待直到连接建立成功或发生错误，这种等待时间可能非常长，具体取决于多个因素，如网络状况、服务器负载等，在最坏的情况下，如果服务器没有响应，connect可能会无限期地等待下去，导致程序挂起。
三、非阻塞connect的原因及解决方法
为了解决connect函数的阻塞问题，通常的做法是将套接字设置为非阻塞模式，当套接字处于非阻塞模式时，调用connect函数会立即返回，而不是等待连接完成。errno会被设置为EINPROGRESS，表示连接正在进行中，为了完成连接，我们需要使用其他机制来等待连接的建立，如select、poll或epoll。
1. 使用select函数
select函数可以用来监视文件描述符集合的变化情况，包括可读性、可写性和异常条件，通过将非阻塞的套接字添加到select的可写集合中，我们可以等待连接的建立或失败，以下是一个使用select函数等待非阻塞connect完成的示例代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
int main() {
int sockfd;
struct sockaddr_in servaddr;
fd_set writefds;
struct timeval tv;
// 创建套接字
if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
perror("socket");
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 设置套接字为非阻塞模式
int flags = fcntl(sockfd, F_GETFL, 0);
fcntl(sockfd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);
// 配置服务器地址
memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_port = htons(8080);
inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &servaddr.sin_addr);
// 发起连接
if (connect(sockfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) == -1) {
if (errno == EINPROGRESS) {
// 连接正在进行中，使用select等待
FD_ZERO(&writefds);
FD_SET(sockfd, &writefds);
tv.tv_sec = 5; // 超时时间设置为5秒
tv.tv_usec = 0;
if (select(sockfd + 1, NULL, &writefds, NULL, &tv) > 0) {
int so_error;
socklen_t len = sizeof(so_error);
getsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &so_error, &len);
if (so_error == 0) {
printf("Connection established
");
} else {
errno = so_error;
perror("select");
}
} else {
printf("Connection timed out
");
}
} else {
perror("connect");
}
}
close(sockfd);
return 0;
}在这个示例中，我们首先创建了一个套接字并将其设置为非阻塞模式，我们发起了与服务器的连接请求，如果connect返回-1且errno被设置为EINPROGRESS，则表示连接正在进行中，我们使用select函数等待套接字变得可写，即连接建立或失败，如果在超时时间内连接仍未建立，则输出“Connection timed out”。
2. 使用信号处理函数
另一种方法是定义一个信号处理函数，并在连接超时时触发该函数，这种方法需要使用alarm函数来设置定时器，并在定时器超时时发送SIGALRM信号给当前进程，以下是一个使用信号处理函数实现非阻塞connect的示例代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <errno.h>
void u_alarm_handler(int signo) {
if (signo == SIGALRM) {
printf("Connection timed out
");
exit(EXIT_FAILURE);
}
}
int main() {
int sockfd;
struct sockaddr_in servaddr;
signal(SIGALRM, u_alarm_handler);
alarm(5); // 设置超时时间为5秒
// 创建套接字
if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
perror("socket");
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 设置套接字为非阻塞模式
int flags = fcntl(sockfd, F_GETFL, 0);
fcntl(sockfd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);
// 配置服务器地址
memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_port = htons(8080);
inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &servaddr.sin_addr);
// 发起连接
if (connect(sockfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0) {
if (errno != EINPROGRESS) {
perror("connect");
exit(EXIT_FAILURE);
}
}
// 取消定时器
alarm(0);
pause(); // 等待连接完成或失败的信号
close(sockfd);
return 0;
}在这个示例中，我们首先设置了信号处理函数u_alarm_handler来处理SIGALRM信号，我们使用alarm函数设置了5秒的定时器，我们创建了一个非阻塞的套接字并发起连接请求，如果connect返回-1且errno被设置为EINPROGRESS，则表示连接正在进行中，我们调用pause函数等待连接完成或失败的信号，如果在超时时间内连接仍未建立，则信号处理函数将被触发并输出“Connection timed out”，我们取消了定时器并关闭了套接字。
四、归纳与建议
Linux下的connect函数在默认情况下是阻塞的，这可能导致程序在等待连接建立时长时间挂起，为了解决这个问题，我们可以将套接字设置为非阻塞模式，并使用select、poll、epoll等函数或信号处理机制来等待连接的建立或失败，这些方法各有优缺点，具体选择哪种方法取决于应用场景和需求，在多线程环境中，使用非阻塞连接和select函数可能更为合适；而在单线程环境中，使用信号处理函数可能更为简单明了。
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