Linux，套接字，非阻塞连接

Question

我想创建一个非阻塞的连接。

socket.connect(); // returns immediately

为此，我使用另一个线程、一个无限循环和Linux epoll。示例伪代码如下：

// in another thread
{
  create_non_block_socket();
  connect();

  epoll_create();
  epoll_ctl(); // subscribe socket to all events
  while (true)
  {
    epoll_wait(); // wait a small time(~100 ms)
    check_socket(); // check on EPOLLOUT event
  }
}

如果我先运行服务器再运行客户端，一切正常。但如果我先运行客户端，等待一小段时间后再运行服务器，则客户端无法连接。我做错了什么？也许可以用其他方式解决？

- herolover

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如果您正在启动另一个线程来执行连接操作，为什么要异步进行呢？此外，最好将其余通信也放在其中。 - Martin James

那么，如果不使用epoll和非阻塞方式该怎么做呢？如果我只是调用connect()，那么它会阻塞并等待连接（我是对的吗？）。但是如果我想将这个连接线程加入到主线程中，我无法这样做，因为连接线程将处于阻塞状态。如果我理解有误，请见谅。 - herolover

这不是“异步”。这是非阻塞的。 - user207421

Answer 1

进行异步连接时应遵循以下步骤:

• 使用socket(..., SOCK_NONBLOCK, ...)创建套接字
• 使用connect(fd, ...)启动连接
• 如果返回值既不是0也不是EINPROGRESS，则出现错误中止
• 等待直到fd被标记为准备好输出
• 使用getsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, ...)检查套接字的状态
• 完成

无需循环 - 除非你想处理EINTR。

如果客户端先启动，则在最后一步会看到错误ECONNREFUSED。如果发生这种情况，请关闭套接字并从头开始。

不看到更多细节很难确定你的代码有什么问题。我猜测你的check_socket操作中没有处理错误。

- nosid

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@DreamWarrior：很奇怪。看一下connect(2)和connect(3)，并搜索poll。两个手册都指出，你应该等待指示，即_socket_是_writable_。你能提供一个最小的例子来展示意外的行为吗？ - nosid

手册中指出：“可以通过选择写入套接字来选择（2）或轮询（2）完成”。 我猜关键词是“完成”。 由于它从未完成过，因为它从未收到SYN-ACK（或RST，这完成了握手，但导致失败），所以它从未变得可写。 - DreamWarrior

@DreamWarrior：我无法重现您所描述的问题。我编写了一个最小化的测试程序，并且它使用POLLOUT正确报告了ETIMEDOUT。 - nosid

这不是“异步连接”。这是非阻塞连接。考虑到程序除了等待成功或失败之外什么也不做，这种方法完全是徒劳的。更明智的做法是以阻塞模式进行连接，然后在接下来的任何操作中（如果有的话）再转换为非阻塞模式。 - user207421

当getsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, ...)返回0，且so_error为0时，并不意味着套接字已连接。这意味着目前还没有发生错误。在这种情况下，您需要调用getpeername()，如果getpeername()返回0，则表示套接字已连接。如果套接字未连接，则getpeername()返回-1，并将errno设置为ENOTCONN。getsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, ...)可以告诉您有关连接被拒绝的信息，但无法告诉您有关已连接套接字的信息。您需要使用getpeername()或其他方法来确保套接字已连接。 - Alexandre Fenyo

Answer 2

有几种方法可以测试非阻塞连接是否成功：

1. 首先调用 getpeername()，如果它失败并返回错误 ENOTCONN，则连接失败。然后调用 getsockopt() 函数以获取套接字上挂起的错误。
2. 调用 read() 并将长度设置为 0。如果读取失败，则连接失败；read() 的 errno 表示连接失败的原因，如果返回 0 则表示连接成功。
3. 再次调用 connect()，如果 errno 是 EISCONN，则表示已经连接，第一个连接成功。

参考资料：UNIX 网络编程卷1。

- 不辞长做岭南人

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请注意：read() man page中写道：“如果count为零，read()可能会检测到下面描述的错误。在没有任何错误的情况下，或者如果read()不检查错误，则计数为0的read()返回零并且没有其他影响。”因此，它可能会检测到错误。 - VL-80

Answer 3

D.J. Bernstein总结了各种方法如何检查异步connect()调用是否成功。其中许多方法在某些系统中具有缺点，因此编写可移植代码变得意外地困难。如果任何人想阅读所有可能的方法及其缺点，请查看此文档。

对于那些只想要简短版本的人，最可移植的方法是以下内容：

一旦系统将套接字标记为可写入状态，首先调用getpeername()来查看它是否已连接。如果调用成功，则表示套接字已连接，并且您可以开始使用它。如果该调用由于ENOTCONN而失败，则连接失败。要找出原因，请尝试从套接字读取一个字节read(fd, &ch, 1)，同样会失败，但您收到的错误就是如果它不是非阻塞的，您将收到的connect()的错误。

- Mecki