linux下非阻塞模式网络通讯模型示例分享

#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读/写
// @param[in] sockfd 套接字描述符
// @param[in] bWhichSet true - 可读集； false - 可写集；
// @param[in] uiTimeOutMS 超时时长(单位：微秒)；
// @pre scokfd 有效套接字描述符，即大于等于零(>=0)
// @return 此函数执行结果
// @return  0 - 可以读/写；
//         -1 - 参数不合法；
//         -2 - 检测已超时；
// @note uiTimeOutMS 超时时长，设为零(0)，则不等待超时
static inline int
wait_rw_able( int          sockfd,
              bool         bWhichSet,
              unsigned int uiTimeOutMS )
{
    // 默认为检测已超时
    int iReturnValue = -2;

    // 可读描述符集
    fd_set rset;
    // 可写描述符集
    fd_set wset;

    // select 将等待的时间
    timeval tv;

    do // 非循环，只是为了保证函数只有一个返回点
    {
        // 参数不合法
        if ( 0 > sockfd )
        {
            iReturnValue = -1;
            break;
        }

        // 注：每次调用 select 之前都要重设一次！
        tv.tv_sec  = 0;
        tv.tv_usec = uiTimeOutMS;

        // 检测是否可读
        if ( true == bWhichSet )
        {
            // 清除其所有位
            FD_ZERO( rset );
            // 设置关心的描述符
            FD_SET( sockfd, rset );

            // 大于零(0) - 有套接字可读，零(0) - 没有，负数 - 出错
            if ( 0 select( sockfd + 1, // 从描述符零(0)开始搜索，故此要对套接字描述符加壹(1)
                             rset,      // 可读描述符集
                             NULL,       // 可写描述符集
                             NULL,       // 异常描述符集
                             tv ) )     // 等待时间
            {
                // 可读描述符是我们的套接字
                if ( FD_ISSET( sockfd, rset ) )
                {
                    iReturnValue = 0;
                    break;
                }
            }
        }
        // 检测是否可写
        else
        {
            // 清除其所有位
            FD_ZERO( wset );
            // 设置关心的描述符
            FD_SET( sockfd, wset );

            // 大于零(0) - 有套接字可读，零(0) - 没有，负数 - 出错
            if ( 0 select( sockfd + 1, // 从描述符零(0)开始搜索，故此要对套接字描述符加壹(1)
                             NULL,       // 可读描述符集
                             wset,      // 可写描述符集
                             NULL,       // 异常描述符集
                             tv ) )     // 等待时间
            {
                // 可读描述符是我们的套接字
                if ( FD_ISSET( sockfd,
                               wset ) )
                {
                    iReturnValue = 0;
                    break;
                }
            }
        }

    }while( 0 );

    return iReturnValue;
}

// @brief 发送且接收通讯协议
// @param[int][out] pucSRBuffer 发送且接收协议字符缓冲区指针
// @param[int] usBufferLen 发送且接收协议字符缓冲区大小
// @pre pucSRBuffer 有效的协议字符缓冲区指针，且字符串长度大于零(0)
// @return 此函数执行结果
// @retval   0 成功
// @retval  -1 参数不合法
// @retval  -2 创建连接服务端的套接字失败
// @retval  -3 设置连接服务端的套接字为非阻塞模式失败
// @retval  -4 套按字非阻塞模式下也不可写
// @retval  -5 调用 getsockopt 函数失败
// @retval  -6 调用 connect 函数失败
// @retval  -7 设置连接服务端的套接字为阻塞模式失败
// @retval  -8 发送协议数据失败
// @retval  -9 等待服务端返回数据超时
// @retval -10 调用 recv 函数出错
// @retval -11 pucSRBuffer 指向的缓冲区空间不足
int
send_receive_data( unsigned char* const pucSRBuffer,
                   const unsigned short usBufferLen )
{
    // 本函数执行结果返回值
    int         iResult = 0; // 默认为零(0) 表示成功

    // 连接服务端的 TCP 套接字
    int         iServerSocket = -1;
    // 服务端IP与端口
    sockaddr_in sServerAddr;

    // I/O 状态标识值
    int iValue = 1;

    // 获取套接字错误状态码
    int       iSo_Error = 0;
    socklen_t So_Error_len = sizeof( iSo_Error );

    // 接收到的通讯协议数据长度
    unsigned short usRealReceivedData = 0;

    do // 非循环，只是为了减少分支缩进和保证进出口唯一
    {
        // 1.检查参数是否合法
        if ( ( NULL == pucSRBuffer ) ||
             (    0 >= usBufferLen ) ||
             (    0 == pucSRBuffer[0] ) )
        {
            DEBUG_OUTPUT( "Invalid parameter" );

            iResult = -1;
            break;
        }

        // 2.创建连接服务端的套接字
        iServerSocket = socket( AF_INET,     // IPv4 协议
                                SOCK_STREAM, // TCP  套接字协议类型
                                0 );         // 默认协议，通常设置为零(0)
        if ( 0 > iServerSocket )
        {
            DEBUG_OUTPUT( "Create socket is failed" );

            iResult = -2;
            break;
        }

        // 3.为了调用 connect 函数不阻塞，设置连接服务端的套接字为非阻塞模式
        iValue = 1; //
        iResult = ioctl( iServerSocket, // 服务端收发套接字
                         FIONBIO,       // 设置或清除非阻塞I/O标志
                         iValue );     // 零(0) - 清除，非零(0) - 设置
        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.连接服务端
        iResult = connect( iServerSocket,
                           (sockaddr*)sServerAddr,
                           sizeof( sServerAddr ) );
        // 调用 connect 函数，正常情况下，因为 TCP 三次握手需要一些时间，
        // 而非阻塞调用只要不能立即完成就会返回错误，所以这里会返回 EINPROGRESS ，
        // 表示在建立连接但还没有完成。
        if ( 0 != iResult ) // 成功则返回零(0)
        {
            // 内核中对 connect 有超时限制是 75 秒，为了加快反应速度此处设为750毫秒。
            // 注：无论连接与否，都会返回可写，除非有错误发生，这里仅是缩短等待连接的时间而已。
            iResult = wait_rw_able( iServerSocket,
                                    false,     // 是否可写
                                    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;
            }

            // 为零(0)才说明连接成功
            if ( 0 != iSo_Error )
            {
                DEBUG_OUTPUT( "Call connect is failed" );

                iResult = -6;
                break;
            }
        }

        // 5.调用 connect 函数连接服务端成功，再设置套接字为阻塞模式(便于管理)
        iValue = 0;
        iResult = ioctl( iServerSocket, // 服务端收发套接字
                         FIONBIO,       // 设置或清除非阻塞I/O标志
                         iValue );     // 零(0) - 清除，非零(0) - 设置
        if ( 0 > iResult )
        {
            DEBUG_OUTPUT_PARA( "Call ioctl to set I/O synchronization is failed, return %d",
                               iResult );

            iResult = -7;
            break;
        }

        // 6.发送协议数据
        iResult = send( iServerSocket,
                        (const char*)pucSRBuffer,
                        strlen( (const char*)pucSRBuffer ),
                        0 );
        // 发送异常则停止收发
        if ( iResult != (int)strlen( (const char*)pucSRBuffer ) )
        {
            DEBUG_OUTPUT( "Call send is failed" );

            iResult = -8;
            break;
        }

        // 7.判断是否可读 - 即服务端是否返回数据
        iResult = wait_rw_able( iServerSocket, // 服务端收发套接字
                                true,          // 是否可读
                                750000  );     // 750毫秒
        if ( 0 != iResult )
        {
            DEBUG_OUTPUT( "Waitting for recevie data has time out" );

            iResult = -9;
            break;
        }

        // 清零(0)，方便调用者计算收到的通讯协议数据长度
        memset( pucSRBuffer, 0, usBufferLen );
        do
        {
            // 8.从客户端接收数据
            iResult = recv( iServerSocket,                        // 服务端收发套接字
                            pucSRBuffer + usRealReceivedData,     // 存放数据的缓冲区地址
                            usBufferLen - usRealReceivedData - 1, // 每次读出的字节
                            0 );                                  // 默认为零(0)，无特殊要求
            // 返回负数为出错了，直接跳出不再等待尝试接收新数据
            if ( 0 > iResult )
            {
                DEBUG_OUTPUT_PARA( "Call recv is failed, return %d", iResult );

                iResult = -10;
                break;
            }

              // 接收数据时网络中断就会返回零(0)
              if ( 0 == iResult )
              {
                  break;
              }

            usRealReceivedData += iResult;

            // 传出参数所指缓冲区空间不足矣放下全部应签数据
            if ( usBufferLen = usRealReceivedData )
            {
                DEBUG_OUTPUT( "pucSRBuffer is not superfluous space" );

                iResult = -11;
                break;
            }

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

        // 收数据时出错了，则直接跳出返回
        if ( 0 > iResult )
        {
            break;
        }

        // 执行至此发收通讯数据完毕
        iResult = 0;
        break;

    }while( 0 );

    // 套接字创建成功，则要释放资源
    if ( -1 != iServerSocket )
    {
        close( iServerSocket );
    }

    return iResult;
}