本文深入探讨了socket编程中recv和send函数的使用，详细解析了它们与read和write函数的区别，以及MSG_DONTROUTE、MSG_OOB、MSG_PEEK和MSG_WAITALL等标志的作用。此外，还提供了自定义read和write函数的例子，并阐述了socket的读写状态，以及在非阻塞模式下如何正确处理读写操作。最后，通过一个简单的HTTP服务器代码实例，展示了如何利用epoll模型处理socket的可写事件。
1、recv和send
recv和send函数提供了和read和write差不多的功能.但是他们提供了第四个参数来控制读写操作。
int recv(int sockfd,void *buf,int len,int flags)
int send(int sockfd,void *buf,int len,int flags)
前面的三个参数和read,write相同,第四个参数能够是0或是以下的组合
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MSG_DONTROUTE：不查找路由表
MSG_OOB：接受或发送带外数据
MSG_PEEK：查看数据,并不从系统缓冲区移走数据
MSG_WAITALL ：等待任何数据
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MSG_DONTROUTE：是send函数使用的标志.这个标志告诉IP协议.目的主机在本地网络上面,没有必要查找路由表.这个标志一般用网络诊断和路由程式里面。
MSG_OOB：表示能够接收和发送带外的数据.关于带外数据我们以后会解释的.
MSG_PEEK：是recv函数的使用标志，表示只是从系统缓冲区中读取内容，而不清除系统缓冲区的内容。这样下次读的时候,仍然是相同的内容。一般在有多个进程读写数据时能够使用这个标志。
MSG_WAITALL：是recv函数的使用标志，表示等到任何的信息到达时才返回。使用这个标志的时候recv会一直阻塞，直到指定的条件满足，或是发生了错误。 1)当读到了指定的字节时，函数正常返回，返回值等于len 2)当读到了文档的结尾时,函数正常返回.返回值小于len 3)当操作发生错误时,返回-1,且配置错误为相应的错误号(errno)
假如flags为0，则和read,write相同的操作，更有其他的几个选项,但是我们实际上用的很少,能够查看 Linux Programmer’s Manual得到周详解释。
一旦，我们建立好了tcp连接之后，我们就可以把得到的fd当作文件描述符来使用。
由此网络程序里最基本的函数就是read和write函数了。
写函数：
ssize_t write(int fd, const void*buf,size_t nbytes);
write函数将buf中的nbytes字节内容写入文件描述符fd.成功时返回写的字节数.失败时返回-1. 并设置errno变量. 在网络程序中,当我们向套接字文件描述符写时有两可能.
1)write的返回值大于0,表示写了部分或者是全部的数据. 这样我们用一个while循环来不停的写入，但是循环过程中的buf参数和nbyte参数得由我们来更新。也就是说，网络写函数是不负责将全部数据写完之后在返回的。
2)返回的值小于0,此时出现了错误.我们要根据错误类型来处理. 如果错误为EINTR表示在写的时候出现了中断错误. 如果为EPIPE表示网络连接出现了问题(对方已经关闭了连接). 为了处理以上的情况,我们自己编写一个写函数来处理这几种情况.
int my_write(int fd,void *buffer,int length)
{
int bytes_left;
int written_bytes;
char *ptr;
ptr=buffer;
bytes_left=length;
while(bytes_left>0)
{
/* 开始写*/
written_bytes=write(fd,ptr,bytes_left);
if(written_bytes<=0) /* 出错了*/
{
if(errno==EINTR) /* 中断错误 我们继续写*/
written_bytes=0;
else /* 其他错误 没有办法,只好撤退了*/
return(-1);
}
bytes_left-=written_bytes;
ptr+=written_bytes; /* 从剩下的地方继续写 */
}
return(0);
}
读函数read
ssize_t read(int fd,void *buf,size_t nbyte)
read函数是负责从fd中读取内容.当读成功 时,read返回实际所读的字节数,如果返回的值是0 表示已经读到文件的结束了,小于0表示出现了错误.如果错误为EINTR说明读是由中断引起 的, 如果是ECONNREST表示网络连接出了问题. 和上面一样,我们也写一个自己的读函数.
int my_read(int fd,void *buffer,int length)
{
int bytes_left;
int bytes_read;
char *ptr;
bytes_left=length;
while(bytes_left>0)
{
bytes_read=read(fd,ptr,bytes_read);
if(bytes_read<0)
{
if(errno==EINTR)
bytes_read=0;
else
return(-1);
}
else if(bytes_read==0)
break;
bytes_left-=bytes_read;
ptr+=bytes_read;
}
return(length-bytes_left);
}
一、下列四个条件中的任何一个满足时,socket准备好读:
1.socket接收缓冲区中已经接收的数据的字节数大于等于socket接收缓冲区低潮限度的当前值;对这样的socket的读操作不会阻塞,并返回一个大于0的值(即:准备好读入的数据的字节数).我们可以用socket选项SO_RCVLOWAT来设置此低潮限度,对于TCP和UDPsocket,其缺省值为1;
2.连接的读这一半关闭(即:接收到对方发过来的FIN的TCP连接).对于这样的socket的读操作将不阻塞,并且返回0(即:文件结束符,FIN包体长度为0字节);
3.socket是一个用于监听的socket,并且已经完成的连接数为非0.这样的soocket处于可读状态,是因为socket收到了对方的connect请求,执行了三次握手的第一步:对方发送SYN请求过来,使监听socket处于可读状态;正常情况下,这样的socket上的accept操作不会阻塞;
4.有一个socket有异常错误条件待处理.对于这样的socket的读操作将不会阻塞,并且返回一个错误(-1),errno则设置成明确的错误条件.这些待处理的错误也可通过指定socket选项SO_ERROR调用getsockopt来取得并清除;
二、下列三个条件中的任何一个满足时,socket准备好写:
1.socket发送缓冲区中的可用空间字节数大于等于socket发送缓冲区低潮限度的当前值,且(i):socket已连接(TCP socket),或者(ii):socket不要求连接(如:UDP socket).这意味着,如果我们将这样的socket设置为非阻塞模式,写操作将不会阻塞,并且返回一个正值(如:由传输层接收的字节数).我们可以用socket选项SO_SNDLOWAT来设置此低潮限度,对于TCP和UDP socket,其缺省值一般是2048Bytes;
2.连接的写这一半关闭.对于这样的socket的的写操作将产生信号SIGPIPE;
3.有一个socket异常错误条件待处理.对于这样的socket的写操作将不会阻塞并且返回一个错误(-1),errno则设置成明确的错误条件.这些待处理的错误也可以通过指定socket选项SO_ERROR调用getsockopt函数来取得并清除;
在一个非阻塞的socket上调用read/write函数, 返回EAGAIN或者EWOULDBLOCK(注: EAGAIN就是EWOULDBLOCK)
从字面上看, 意思是:EAGAIN: 再试一次，EWOULDBLOCK: 如果这是一个阻塞socket, 操作将被block，perror输出: Resource temporarily unavailable
总结:
这个错误表示资源暂时不够，能read时，读缓冲区没有数据，或者write时，写缓冲区满了。遇到这种情况，如果是阻塞socket，read/write就要阻塞掉。而如果是非阻塞socket，read/write立即返回-1， 同时errno设置为EAGAIN。
所以，对于阻塞socket，read/write返回-1代表网络出错了。但对于非阻塞socket，read/write返回-1不一定网络真的出错了。可能是Resource temporarily unavailable。这时你应该再试，直到Resource available。
综上，对于non-blocking的socket，正确的读写操作为:
读：忽略掉errno = EAGAIN的错误，下次继续读
写：忽略掉errno = EAGAIN的错误，下次继续写
对于select和epoll的LT模式，这种读写方式是没有问题的。但对于epoll的ET模式，这种方式还有漏洞。
epoll的两种模式LT和ET
二者的差异在于level-trigger模式下只要某个socket处于readable/writable状态，无论什么时候进行epoll_wait都会返回该socket；而edge-trigger模式下只有某个socket从unreadable变为readable或从unwritable变为writable时，epoll_wait才会返回该socket。
所以，在epoll的ET模式下，正确的读写方式为:
读：只要可读，就一直读，直到返回0，或者 errno = EAGAIN
写:只要可写，就一直写，直到数据发送完，或者 errno = EAGAIN
正确的读
| n = 0; |
| while ((nread = read(fd, buf + n, BUFSIZ-1)) > 0) { |
| n += nread; |
| } |
| if (nread == -1 && errno != EAGAIN) { |
| perror("read error"); |
| } |
正确的写
| int nwrite, data_size = strlen(buf); |
| n = data_size; |
| while (n > 0) { |
| nwrite = write(fd, buf + data_size - n, n); |
| if (nwrite < n) { |
| if (nwrite == -1 && errno != EAGAIN) { |
| perror("write error"); |
| } |
| break; |
| } |
| n -= nwrite; |
| } |
正确的accept，accept 要考虑 2 个问题
(1) 阻塞模式 accept 存在的问题
考虑这种情况：TCP连接被客户端夭折，即在服务器调用accept之前，客户端主动发送RST终止连接，导致刚刚建立的连接从就绪队列中移出，如果套接口被设置成阻塞模式，服务器就会一直阻塞在accept调用上，直到其他某个客户建立一个新的连接为止。但是在此期间，服务器单纯地阻塞在accept调用上，就绪队列中的其他描述符都得不到处理。
解决办法是把监听套接口设置为非阻塞，当客户在服务器调用accept之前中止某个连接时，accept调用可以立即返回-1，这时源自Berkeley的实现会在内核中处理该事件，并不会将该事件通知给epool，而其他实现把errno设置为ECONNABORTED或者EPROTO错误，我们应该忽略这两个错误。
(2)ET模式下accept存在的问题
考虑这种情况：多个连接同时到达，服务器的TCP就绪队列瞬间积累多个就绪连接，由于是边缘触发模式，epoll只会通知一次，accept只处理一个连接，导致TCP就绪队列中剩下的连接都得不到处理。
解决办法是用while循环抱住accept调用，处理完TCP就绪队列中的所有连接后再退出循环。如何知道是否处理完就绪队列中的所有连接呢？accept返回-1并且errno设置为EAGAIN就表示所有连接都处理完。
综合以上两种情况，服务器应该使用非阻塞地accept，accept在ET模式下的正确使用方式为：
| while ((conn_sock = accept(listenfd,(struct sockaddr *) &remote, (size_t *)&addrlen)) > 0) { |
| handle_client(conn_sock); |
| } |
| if (conn_sock == -1) { |
| if (errno != EAGAIN && errno != ECONNABORTED && errno != EPROTO && errno != EINTR) |
| perror("accept"); |
| } |
一道腾讯后台开发的面试题
使用Linuxepoll模型，水平触发模式；当socket可写时，会不停的触发socket可写的事件，如何处理？
第一种最普遍的方式：
需要向socket写数据的时候才把socket加入epoll，等待可写事件。
接受到可写事件后，调用write或者send发送数据。
当所有数据都写完后，把socket移出epoll。
这种方式的缺点是，即使发送很少的数据，也要把socket加入epoll，写完后在移出epoll，有一定操作代价。
一种改进的方式：
开始不把socket加入epoll，需要向socket写数据的时候，直接调用write或者send发送数据。如果返回EAGAIN，把socket加入epoll，在epoll的驱动下写数据，全部数据发送完毕后，再移出epoll。
这种方式的优点是：数据不多的时候可以避免epoll的事件处理，提高效率。
最后贴一个使用epoll,ET模式的简单HTTP服务器代码:
| #include <sys/socket.h> |
| #include <sys/wait.h> |
| #include <netinet/in.h> |
| #include <netinet/tcp.h> |
| #include <sys/epoll.h> |
| #include <sys/sendfile.h> |
| #include <sys/stat.h> |
| #include <unistd.h> |
| #include <stdio.h> |
| #include <stdlib.h> |
| #include <string.h> |
| #include <strings.h> |
| #include <fcntl.h> |
| #include <errno.h> |
| #define MAX_EVENTS 10 |
| #define PORT 8080 |
| //设置socket连接为非阻塞模式 |
| void setnonblocking(int sockfd) { |
| int opts; |
| opts = fcntl(sockfd, F_GETFL); |
| if(opts < 0) { |
| perror("fcntl(F_GETFL)\n"); |
| exit(1); |
| } |
| opts = (opts | O_NONBLOCK); |
| if(fcntl(sockfd, F_SETFL, opts) < 0) { |
| perror("fcntl(F_SETFL)\n"); |
| exit(1); |
| } |
| } |
| int main(){ |
| struct epoll_event ev, events[MAX_EVENTS]; |
| int addrlen, listenfd, conn_sock, nfds, epfd, fd, i, nread, n; |
| struct sockaddr_in local, remote; |
| char buf[BUFSIZ]; |
| //创建listen socket |
| if( (listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) { |
| perror("sockfd\n"); |
| exit(1); |
| } |
| setnonblocking(listenfd); |
| bzero(&local, sizeof(local)); |
| local.sin_family = AF_INET; |
| local.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);; |
| local.sin_port = htons(PORT); |
| if( bind(listenfd, (struct sockaddr *) &local, sizeof(local)) < 0) { |
| perror("bind\n"); |
| exit(1); |
| } |
| listen(listenfd, 20); |
| epfd = epoll_create(MAX_EVENTS); |
| if (epfd == -1) { |
| perror("epoll_create"); |
| exit(EXIT_FAILURE); |
| } |
| ev.events = EPOLLIN; |
| ev.data.fd = listenfd; |
| if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, listenfd, &ev) == -1) { |
| perror("epoll_ctl: listen_sock"); |
| exit(EXIT_FAILURE); |
| } |
| for (;;) { |
| nfds = epoll_wait(epfd, events, MAX_EVENTS, -1); |
| if (nfds == -1) { |
| perror("epoll_pwait"); |
| exit(EXIT_FAILURE); |
| } |
| for (i = 0; i < nfds; ++i) { |
| fd = events[i].data.fd; |
| if (fd == listenfd) { |
| while ((conn_sock = accept(listenfd,(struct sockaddr *) &remote, |
| (size_t *)&addrlen)) > 0) { |
| setnonblocking(conn_sock); |
| ev.events = EPOLLIN | EPOLLET; |
| ev.data.fd = conn_sock; |
| if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, conn_sock, |
| &ev) == -1) { |
| perror("epoll_ctl: add"); |
| exit(EXIT_FAILURE); |
| } |
| } |
| if (conn_sock == -1) { |
| if (errno != EAGAIN && errno != ECONNABORTED |
| && errno != EPROTO && errno != EINTR) |
| perror("accept"); |
| } |
| continue; |
| } |
| if (events[i].events & EPOLLIN) { |
| n = 0; |
| while ((nread = read(fd, buf + n, BUFSIZ-1)) > 0) { |
| n += nread; |
| } |
| if (nread == -1 && errno != EAGAIN) { |
| perror("read error"); |
| } |
| ev.data.fd = fd; |
| ev.events = events[i].events | EPOLLOUT; |
| if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_MOD, fd, &ev) == -1) { |
| perror("epoll_ctl: mod"); |
| } |
| } |
| if (events[i].events & EPOLLOUT) { |
| sprintf(buf, "HTTP/1.1 200 OK\r\nContent-Length: %d\r\n\r\nHello World", 11); |
| int nwrite, data_size = strlen(buf); |
| n = data_size; |
| while (n > 0) { |
| nwrite = write(fd, buf + data_size - n, n); |
| if (nwrite < n) { |
| if (nwrite == -1 && errno != EAGAIN) { |
| perror("write error"); |
| } |
| break; |
| } |
| n -= nwrite; |
| } |
| close(fd); |
| } |
| } |
| } |
| return 0; |
| } |
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