linux网络编程中阻塞和非阻塞socket的区别

Posted 2023-04-16

　　阻塞socket和非阻塞socket的区别：
　　1、读操作
　　对于阻塞的socket,当socket的接收缓冲区中没有数据时，read调用会一直阻塞住，直到有数据到来才返回。当socket缓冲区中的数据量小于期望读取的数据量时，返回实际读取的字节数。当sockt的接收缓冲区中的数据大于期望读取的字节数时，读取期望读取的字节数，返回实际读取的长度。
　　对于非阻塞socket而言，socket的接收缓冲区中有没有数据，read调用都会立刻返回。接收缓冲区中有数据时，与阻塞socket有数据的情况是一样的，如果接收缓冲区中没有数据，则返回错误号为EWOULDBLOCK,表示该操作本来应该阻塞的，但是由于本socket为非阻塞的socket，因此立刻返回，遇到这样的情况，可以在下次接着去尝试读取。如果返回值是其它负值，则表明读取错误。
　　因此，非阻塞的rea调用一般这样写:
　　if ((nread = read(sock_fd, buffer, len)) < 0)

if (errno == EWOULDBLOCK)

return 0; //表示没有读到数据
else return -1; //表示读取失败
else return nread;读到数据长度
　　2、写操作
　　对于写操作write,原理是类似的，非阻塞socket在发送缓冲区没有空间时会直接返回错误号EWOULDBLOCK,表示没有空间可写数据，如果错误号是别的值，则表明发送失败。如果发送缓冲区中有足够空间或者是不足以拷贝所有待发送数据的空间的话，则拷贝前面N个能够容纳的数据，返回实际拷贝的字节数。
　　而对于阻塞Socket而言，如果发送缓冲区没有空间或者空间不足的话，write操作会直接阻塞住，如果有足够空间，则拷贝所有数据到发送缓冲区，然后返回.
　　非阻塞的write操作一般写法是:
　　int write_pos = 0;
int nLeft = nLen;
　　while (nLeft > 0)

int nWrite = 0;
if ((nWrite = write(sock_fd, data + write_pos, nLeft)) <= 0)

if (errno == EWOULDBLOCK)

nWrite = 0;
else return -1; //表示写失败

nLeft -= nWrite;
write_pos += nWrite;

return nLen;
　　3、建立连接
　　阻塞方式下，connect首先发送SYN请求道服务器，当客户端收到服务器返回的SYN的确认时，则connect返回.否则的话一直阻塞.
　　非阻塞方式，connect将启用TCP协议的三次握手，但是connect函数并不等待连接建立好才返回，而是立即返回。返回的错误码为EINPROGRESS,表示正在进行某种过程.
　　4、接收连接
　　对于阻塞方式的倾听socket,accept在连接队列中没有建立好的连接时将阻塞，直到有可用的连接，才返回。
　　非阻塞倾听socket,在有没有连接时都立即返回，没有连接时，返回的错误码为EWOULDBLOCK,表示本来应该阻塞。
　　无阻塞的设置方法
　　方法一:fcntl
int flag;
if (flag = fcntl(fd, F_GETFL, 0) <0) perror("get flag");
flag |= O_NONBLOCK;
if (fcntl(fd, F_SETFL, flag) < 0)
perror("set flag");
　　方法二:ioctl
　　int b_on = 1;
ioctl (fd, FIONBIO, &b_on); 参考技术A

您好，很高兴为您解答。

读操作
对于阻塞的socket,当socket的接收缓冲区中没有数据时，read调用会一直阻塞住，直到有数据到来才返回。当socket缓冲区中的数据量小于期望读取的数据量时，返回实际读取的字节数。当sockt的接收缓冲区中的数据大于期望读取的字节数时，读取期望读取的字节数，返回实际读取的长度。

对于非阻塞socket而言，socket的接收缓冲区中有没有数据，read调用都会立刻返回。接收缓冲区中有数据时，与阻塞socket有数据的情况是一样的，如果接收缓冲区中没有数据，则返回错误号为EWOULDBLOCK,表示该操作本来应该阻塞的，但是由于本socket为非阻塞的socket，因此立刻返回，遇到这样的情况，可以在下次接着去尝试读取。如果返回值是其它负值，则表明读取错误。

因此，非阻塞的rea调用一般这样写:

if ((nread = read(sock_fd, buffer, len)) < 0)

if (errno == EWOULDBLOCK)

return 0; //表示没有读到数据
else return -1; //表示读取失败
else return nread;读到数据长度

写操作

对于写操作write,原理是类似的，非阻塞socket在发送缓冲区没有空间时会直接返回错误号EWOULDBLOCK,表示没有空间可写数据，如果错误号是别的值，则表明发送失败。如果发送缓冲区中有足够空间或者是不足以拷贝所有待发送数据的空间的话，则拷贝前面N个能够容纳的数据，返回实际拷贝的字节数。

而对于阻塞Socket而言，如果发送缓冲区没有空间或者空间不足的话，write操作会直接阻塞住，如果有足够空间，则拷贝所有数据到发送缓冲区，然后返回.

非阻塞的write操作一般写法是:

int write_pos = 0;
int nLeft = nLen;
while (nLeft > 0)

int nWrite = 0;
if ((nWrite = write(sock_fd, data + write_pos, nLeft)) <= 0)

if (errno == EWOULDBLOCK)

nWrite = 0;
else return -1; //表示写失败

nLeft -= nWrite;
write_pos += nWrite;

return nLen;

建立连接
阻塞方式下，connect首先发送SYN请求道服务器，当客户端收到服务器返回的SYN的确认时，则connect返回.否则的话一直阻塞.

非阻塞方式，connect将启用TCP协议的三次握手，但是connect函数并不等待连接建立好才返回，而是立即返回。返回的错误码为EINPROGRESS,表示正在进行某种过程.接收连接

对于阻塞方式的倾听socket,accept在连接队列中没有建立好的连接时将阻塞，直到有可用的连接，才返回。

非阻塞倾听socket,在有没有连接时都立即返回，没有连接时，返回的错误码为EWOULDBLOCK表示本来应该阻塞。

无阻塞的设置方法

方法一:fcntl

int flag;if (flag = fcntl(fd, F_GETFL, 0) <0) perror("get flag");flag |= O_NONBLOCK;if (fcntl(fd, F_SETFL, flag) < 0)perror("set flag");
方法二:ioctl
int b_on = 1;ioctl (fd, FIONBIO, &b_on);

方法二:ioctl

int b_on = 1;
ioctl (fd, FIONBIO, &b_on);

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本回答被提问者和网友采纳 参考技术B 通俗一点，阻塞就是干不完不准回来，   
非阻塞就是你先干，我现看看有其他事没有，完了告诉我一声

从linux源码看socket的阻塞和非阻塞

从linux源码看socket的阻塞和非阻塞

笔者一直觉得如果能知道从应用到框架再到操作系统的每一处代码，是一件Exciting的事情。
大部分高性能网络框架采用的是非阻塞模式。笔者这次就从linux源码的角度来阐述socket阻塞(block)和非阻塞(non_block)的区别。 本文源码均来自采用Linux-2.6.24内核版本。

一个TCP非阻塞client端简单的例子

如果我们要产生一个非阻塞的socket,在C语言中如下代码所示:

由于网络协议非常复杂，内核里面用到了大量的面向对象的技巧，所以我们从创建连接开始，一步一步追述到最后代码的调用点。

socket的创建

很明显，内核的第一步应该是通过AF_INET、SOCK_STREAM以及最后一个参数0定位到需要创建一个TCP的socket,如下图绿线所示:

我们跟踪源码调用

进一步分析__sock_create的代码判断:

由于family是AF_INET协议，注意在操作系统里面定义了PF_INET等于AF_INET, 内核通过函数指针实现了对pf(net_proto_family)的重载。如下图所示:

则通过源码可知，由于是AF_INET(PF_INET),所以net_families[PF_INET].create=inet_create(以后我们都用PF_INET表示)，即
pf->create = inet_create; 进一步追溯调用:

上面的代码就是在INET中寻找SOCK_STREAM的过程了 

我们再看一下inetsw[SOCK_STREAM]的具体配置:

这边也用了重载，AF_INET有TCP、UDP以及Raw三种:

从上述代码，我们可以清楚的发现sock->ops=&inet_stream_ops;

即sock->ops->recvmsg = sock_common_recvmsg;
同时sock->sk->sk_prot = tcp_prot;

我们再看下tcp_prot中的各个函数重载的定义:

fcntl控制socket的阻塞\非阻塞状态

我们用fcntl修改socket的阻塞\非阻塞状态。 事实上: fcntl的作用就是将O_NONBLOCK标志位存储在sock_fd对应的filp结构的f_lags里,如下图所示。

追踪setfl代码:

上图中，由sock_fd在task_struct(进程结构体)->files_struct->fd_array中找到对应的socket的file描述符，再修改file->flags

在调用socket.recv的时候

我们跟踪源码调用:

由上文可知: sock->ops->recvmsg = sock_common_recvmsg;

sock

值得注意的是,在sock_recmsg中,有对标识O_NONBLOCK的处理

上述代码中sock关联的file中获取其f_flags,如果flags有O_NONBLOCK标识，那么就设置msg_flags为MSG_DONTWAIT(不等待)。
fcntl与socket就是通过其共同操作File结构关联起来的。

继续跟踪调用

sock_common_recvmsg

由上文可知: sk->sk_prot->recvmsg 其中sk_prot=tcp_prot,即最终调用的是tcp_prot->tcp_recvmsg,
上面的代码可以看出，如果fcntl(O_NONBLOCK)=>MSG_DONTWAIT置位=>(flags & MSG_DONTWAIT)>0, 再结合tcp_recvmsg的函数签名,即如果设置了O_NONBLOCK的话，设置给tcp_recvmsg的nonblock参数>0,关系如下图所示:

最终的调用逻辑tcp_recvmsg

首先我们看下tcp_recvmsg的函数签名:

显然我们关注焦点在(int nonblock这个参数上):

上面的逻辑归结起来就是：
(1)在设置了nonblock的时候，如果copied>0,则返回读了多少字节,如果copied=0，则返回-EAGAIN,提示应用重复调用。
(2)如果没有设置nonblock，如果读取的数据>=期望，则返回读取了多少字节。如果没有则用sk_wait_data将当前进程等待。
如下流程图所示:

阻塞函数sk_wait_data

sk_wait_data代码-函数为:

该函数调用schedule_timeout进入睡眠，其进一步调用了schedule函数，首先从运行队列删除，其次加入到等待队列，最后调用和体系结构相关的switch_to宏来完成进程间的切换。

如下图所示:

阻塞后什么时候恢复运行呢

情况1:有对应的网络数据到来

首先我们看下网络分组到来的内核路径，网卡发起中断后调用netif_rx将事件挂入CPU的等待队列，并唤起软中断(soft_irq)，再通过linux的软中断机制调用net_rx_action，如下图所示:

注:上图来自PLKA(<<深入Linux内核架构>>)
紧接着跟踪next_rx_action

紧接着tcp_v4_rcv:

在这里__wake_up_common将停在当前wait_queue_head_t中的进程唤醒，即状态改为task_running，等待CFS调度以进行下一步的动作,如下图所示。

情况2:设定的超时时间到来

在前面调用sk_wait_event中调用了schedule_timeout

process_timeout函数即是将此进程重新唤醒

总结

linux内核源代码博大精深，阅读其代码很费周折。希望笔者这篇文章能帮助到阅读linux网络协议栈代码的人。