linux下非阻塞模式網(wǎng)絡(luò)通訊模型示例分享

#include stdio.h>
#include string.h>
#include unistd.h>
#include errno.h>
#include unistd.h>
#include stdlib.h>
#include sysexits.h>
#include time.h>
#include sys/time.h>
#include sys/types.h>
#include sys/uio.h>
#include sys/ioctl.h>
#include sys/types.h>
#include sys/socket.h>
#include net/if.h>
#include netinet/in.h>
#include arpa/inet.h>

#ifdef __ENABLED_DEBUG_INFO_OUTPUT__
    #define DEBUG_OUTPUT(format) printf( "\nFile: %s : Line: %d ->Function: %s\n"format"\n", __BASE_FILE__, __LINE__, __FUNCTION__ )
    #define DEBUG_OUTPUT_PARA(format,...) printf( "\nFile: %s : Line: %d ->Function: %s\n"format"\n", __BASE_FILE__, __LINE__, __FUNCTION__, __VA_ARGS__ )
#else
    #define DEBUG_OUTPUT(format)
    #define DEBUG_OUTPUT_PARA(format,...)
#endif

// @brief 非阻塞等待套接字是否可讀/寫(xiě)
// @param[in] sockfd 套接字描述符
// @param[in] bWhichSet true - 可讀集； false - 可寫(xiě)集；
// @param[in] uiTimeOutMS 超時(shí)時(shí)長(zhǎng)(單位：微秒)；
// @pre scokfd 有效套接字描述符，即大于等于零(>=0)
// @return 此函數(shù)執(zhí)行結(jié)果
// @return  0 - 可以讀/寫(xiě)；
//         -1 - 參數(shù)不合法；
//         -2 - 檢測(cè)已超時(shí)；
// @note uiTimeOutMS 超時(shí)時(shí)長(zhǎng)，設(shè)為零(0)，則不等待超時(shí)
static inline int
wait_rw_able( int          sockfd,
              bool         bWhichSet,
              unsigned int uiTimeOutMS )
{
    // 默認(rèn)為檢測(cè)已超時(shí)
    int iReturnValue = -2;

    // 可讀描述符集
    fd_set rset;
    // 可寫(xiě)描述符集
    fd_set wset;

    // select 將等待的時(shí)間
    timeval tv;

    do // 非循環(huán)，只是為了保證函數(shù)只有一個(gè)返回點(diǎn)
    {
        // 參數(shù)不合法
        if ( 0 > sockfd )
        {
            iReturnValue = -1;
            break;
        }

        // 注：每次調(diào)用 select 之前都要重設(shè)一次！
        tv.tv_sec  = 0;
        tv.tv_usec = uiTimeOutMS;

        // 檢測(cè)是否可讀
        if ( true == bWhichSet )
        {
            // 清除其所有位
            FD_ZERO( rset );
            // 設(shè)置關(guān)心的描述符
            FD_SET( sockfd, rset );

            // 大于零(0) - 有套接字可讀，零(0) - 沒(méi)有，負(fù)數(shù) - 出錯(cuò)
            if ( 0 select( sockfd + 1, // 從描述符零(0)開(kāi)始搜索，故此要對(duì)套接字描述符加壹(1)
                             rset,      // 可讀描述符集
                             NULL,       // 可寫(xiě)描述符集
                             NULL,       // 異常描述符集
                             tv ) )     // 等待時(shí)間
            {
                // 可讀描述符是我們的套接字
                if ( FD_ISSET( sockfd, rset ) )
                {
                    iReturnValue = 0;
                    break;
                }
            }
        }
        // 檢測(cè)是否可寫(xiě)
        else
        {
            // 清除其所有位
            FD_ZERO( wset );
            // 設(shè)置關(guān)心的描述符
            FD_SET( sockfd, wset );

            // 大于零(0) - 有套接字可讀，零(0) - 沒(méi)有，負(fù)數(shù) - 出錯(cuò)
            if ( 0 select( sockfd + 1, // 從描述符零(0)開(kāi)始搜索，故此要對(duì)套接字描述符加壹(1)
                             NULL,       // 可讀描述符集
                             wset,      // 可寫(xiě)描述符集
                             NULL,       // 異常描述符集
                             tv ) )     // 等待時(shí)間
            {
                // 可讀描述符是我們的套接字
                if ( FD_ISSET( sockfd,
                               wset ) )
                {
                    iReturnValue = 0;
                    break;
                }
            }
        }

    }while( 0 );

    return iReturnValue;
}

// @brief 發(fā)送且接收通訊協(xié)議
// @param[int][out] pucSRBuffer 發(fā)送且接收協(xié)議字符緩沖區(qū)指針
// @param[int] usBufferLen 發(fā)送且接收協(xié)議字符緩沖區(qū)大小
// @pre pucSRBuffer 有效的協(xié)議字符緩沖區(qū)指針，且字符串長(zhǎng)度大于零(0)
// @return 此函數(shù)執(zhí)行結(jié)果
// @retval   0 成功
// @retval  -1 參數(shù)不合法
// @retval  -2 創(chuàng)建連接服務(wù)端的套接字失敗
// @retval  -3 設(shè)置連接服務(wù)端的套接字為非阻塞模式失敗
// @retval  -4 套按字非阻塞模式下也不可寫(xiě)
// @retval  -5 調(diào)用 getsockopt 函數(shù)失敗
// @retval  -6 調(diào)用 connect 函數(shù)失敗
// @retval  -7 設(shè)置連接服務(wù)端的套接字為阻塞模式失敗
// @retval  -8 發(fā)送協(xié)議數(shù)據(jù)失敗
// @retval  -9 等待服務(wù)端返回?cái)?shù)據(jù)超時(shí)
// @retval -10 調(diào)用 recv 函數(shù)出錯(cuò)
// @retval -11 pucSRBuffer 指向的緩沖區(qū)空間不足
int
send_receive_data( unsigned char* const pucSRBuffer,
                   const unsigned short usBufferLen )
{
    // 本函數(shù)執(zhí)行結(jié)果返回值
    int         iResult = 0; // 默認(rèn)為零(0) 表示成功

    // 連接服務(wù)端的 TCP 套接字
    int         iServerSocket = -1;
    // 服務(wù)端IP與端口
    sockaddr_in sServerAddr;

    // I/O 狀態(tài)標(biāo)識(shí)值
    int iValue = 1;

    // 獲取套接字錯(cuò)誤狀態(tài)碼
    int       iSo_Error = 0;
    socklen_t So_Error_len = sizeof( iSo_Error );

    // 接收到的通訊協(xié)議數(shù)據(jù)長(zhǎng)度
    unsigned short usRealReceivedData = 0;

    do // 非循環(huán)，只是為了減少分支縮進(jìn)和保證進(jìn)出口唯一
    {
        // 1.檢查參數(shù)是否合法
        if ( ( NULL == pucSRBuffer ) ||
             (    0 >= usBufferLen ) ||
             (    0 == pucSRBuffer[0] ) )
        {
            DEBUG_OUTPUT( "Invalid parameter" );

            iResult = -1;
            break;
        }

        // 2.創(chuàng)建連接服務(wù)端的套接字
        iServerSocket = socket( AF_INET,     // IPv4 協(xié)議
                                SOCK_STREAM, // TCP  套接字協(xié)議類(lèi)型
                                0 );         // 默認(rèn)協(xié)議，通常設(shè)置為零(0)
        if ( 0 > iServerSocket )
        {
            DEBUG_OUTPUT( "Create socket is failed" );

            iResult = -2;
            break;
        }

        // 3.為了調(diào)用 connect 函數(shù)不阻塞，設(shè)置連接服務(wù)端的套接字為非阻塞模式
        iValue = 1; //
        iResult = ioctl( iServerSocket, // 服務(wù)端收發(fā)套接字
                         FIONBIO,       // 設(shè)置或清除非阻塞I/O標(biāo)志
                         iValue );     // 零(0) - 清除，非零(0) - 設(shè)置
        if ( 0 > iResult )
        {
            DEBUG_OUTPUT_PARA( "Call ioctl to set I/O asynchronization is failed, return %d",
                               iResult );

            iResult = -3;
            break;
        }

        sServerAddr.sin_family = AF_INET;
        inet_pton( AF_INET,
                   m_caServerIP,
                   sServerAddr.sin_addr );
        sServerAddr.sin_port = htons( m_usServerPort );

        // 4.連接服務(wù)端
        iResult = connect( iServerSocket,
                           (sockaddr*)sServerAddr,
                           sizeof( sServerAddr ) );
        // 調(diào)用 connect 函數(shù)，正常情況下，因?yàn)?TCP 三次握手需要一些時(shí)間，
        // 而非阻塞調(diào)用只要不能立即完成就會(huì)返回錯(cuò)誤，所以這里會(huì)返回 EINPROGRESS ，
        // 表示在建立連接但還沒(méi)有完成。
        if ( 0 != iResult ) // 成功則返回零(0)
        {
            // 內(nèi)核中對(duì) connect 有超時(shí)限制是 75 秒，為了加快反應(yīng)速度此處設(shè)為750毫秒。
            // 注：無(wú)論連接與否，都會(huì)返回可寫(xiě)，除非有錯(cuò)誤發(fā)生，這里僅是縮短等待連接的時(shí)間而已。
            iResult = wait_rw_able( iServerSocket,
                                    false,     // 是否可寫(xiě)
                                    750000  ); // 750毫秒
            if ( 0 != iResult )
            {
                DEBUG_OUTPUT( "Can't write in asynchronization" );

                iResult = -4;
                break;
            }

            if ( 0 > getsockopt( iServerSocket,
                                 SOL_SOCKET,
                                 SO_ERROR,
                                 iSo_Error,
                                 So_Error_len ) )
            {
                DEBUG_OUTPUT( "Call getsockopt is failed" );

                iResult = -5;
                break;
            }

            // 為零(0)才說(shuō)明連接成功
            if ( 0 != iSo_Error )
            {
                DEBUG_OUTPUT( "Call connect is failed" );

                iResult = -6;
                break;
            }
        }

        // 5.調(diào)用 connect 函數(shù)連接服務(wù)端成功，再設(shè)置套接字為阻塞模式(便于管理)
        iValue = 0;
        iResult = ioctl( iServerSocket, // 服務(wù)端收發(fā)套接字
                         FIONBIO,       // 設(shè)置或清除非阻塞I/O標(biāo)志
                         iValue );     // 零(0) - 清除，非零(0) - 設(shè)置
        if ( 0 > iResult )
        {
            DEBUG_OUTPUT_PARA( "Call ioctl to set I/O synchronization is failed, return %d",
                               iResult );

            iResult = -7;
            break;
        }

        // 6.發(fā)送協(xié)議數(shù)據(jù)
        iResult = send( iServerSocket,
                        (const char*)pucSRBuffer,
                        strlen( (const char*)pucSRBuffer ),
                        0 );
        // 發(fā)送異常則停止收發(fā)
        if ( iResult != (int)strlen( (const char*)pucSRBuffer ) )
        {
            DEBUG_OUTPUT( "Call send is failed" );

            iResult = -8;
            break;
        }

        // 7.判斷是否可讀 - 即服務(wù)端是否返回?cái)?shù)據(jù)
        iResult = wait_rw_able( iServerSocket, // 服務(wù)端收發(fā)套接字
                                true,          // 是否可讀
                                750000  );     // 750毫秒
        if ( 0 != iResult )
        {
            DEBUG_OUTPUT( "Waitting for recevie data has time out" );

            iResult = -9;
            break;
        }

        // 清零(0)，方便調(diào)用者計(jì)算收到的通訊協(xié)議數(shù)據(jù)長(zhǎng)度
        memset( pucSRBuffer, 0, usBufferLen );
        do
        {
            // 8.從客戶(hù)端接收數(shù)據(jù)
            iResult = recv( iServerSocket,                        // 服務(wù)端收發(fā)套接字
                            pucSRBuffer + usRealReceivedData,     // 存放數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)地址
                            usBufferLen - usRealReceivedData - 1, // 每次讀出的字節(jié)
                            0 );                                  // 默認(rèn)為零(0)，無(wú)特殊要求
            // 返回負(fù)數(shù)為出錯(cuò)了，直接跳出不再等待嘗試接收新數(shù)據(jù)
            if ( 0 > iResult )
            {
                DEBUG_OUTPUT_PARA( "Call recv is failed, return %d", iResult );

                iResult = -10;
                break;
            }

              // 接收數(shù)據(jù)時(shí)網(wǎng)絡(luò)中斷就會(huì)返回零(0)
              if ( 0 == iResult )
              {
                  break;
              }

            usRealReceivedData += iResult;

            // 傳出參數(shù)所指緩沖區(qū)空間不足矣放下全部應(yīng)簽數(shù)據(jù)
            if ( usBufferLen = usRealReceivedData )
            {
                DEBUG_OUTPUT( "pucSRBuffer is not superfluous space" );

                iResult = -11;
                break;
            }

        }while( 0 == wait_rw_able( iServerSocket,
                                   true,        // 是否可讀
                                   750000  ) ); // 750毫秒

        // 收數(shù)據(jù)時(shí)出錯(cuò)了，則直接跳出返回
        if ( 0 > iResult )
        {
            break;
        }

        // 執(zhí)行至此發(fā)收通訊數(shù)據(jù)完畢
        iResult = 0;
        break;

    }while( 0 );

    // 套接字創(chuàng)建成功，則要釋放資源
    if ( -1 != iServerSocket )
    {
        close( iServerSocket );
    }

    return iResult;
}