阻塞socket和非阻塞socket的区别
读操作
对于阻塞的socket/recv,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/send,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。
非阻塞模式有3种用途
1.三次握手同时做其他的处理。connect要花一个往返时间完成，从几毫秒的局域网到几百毫秒或几秒的广域网。这段时间可能有一些其他的处理要执行，比如数据准备，预处理等。
2.用这种技术建立多个连接。这在web浏览器中很普遍.
3.由于程序用select等待连接完成，可以设置一个select等待时间限制，从而缩短connect超时时间。多数实现中，connect的超时时间在75秒到几分钟之间。有时程序希望在等待一定时间内结束，使用非阻塞connect可以防止阻塞75秒，在多线程网络编程中，尤其必要。 例如有一个通过建立线程与其他主机进行socket通信的应用程序，如果建立的线程使用阻塞connect与远程通信，当有几百个线程并发的时候，由于网络延迟而全部阻塞，阻塞的线程不会释放系统的资源，同一时刻阻塞线程超过一定数量时候，系统就不再允许建立新的线程（每个进程由于进程空间的原因能产生的线程有限），如果使用非阻塞的connect，连接失败使用select等待很短时间，如果还没有连接后，线程立刻结束释放资源，防止大量线程阻塞而使程序崩溃。
目前connect非阻塞编程的普遍思路是：
在一个TCP套接口设置为非阻塞后，调用connect，connect会在系统提供的errno变量中返回一个EINRPOCESS错误，此时TCP的三路握手继续进行。之后可以用select函数检查这个连接是否建立成功。以下实验基于unix网络编程和网络上给出的普遍示例，在经过大量测试之后，发现其中有很多方法，在linux中，并不适用。
我先给出了重要源码的逐步分析，在最后给出完整的connect非阻塞源码。
1.首先填写套接字结构，包括远程的ip，通信端口如下： */
struct sockaddr_in serv_addr;
serv_addr.sin_family=AF_INET;
serv_addr.sin_port=htons(9999);
serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("58.31.231.255"); //inet_addr转换为网络字节序
bzero(&(serv_addr.sin_zero),8);
// 2.建立socket套接字：
if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
{
perror("socket creat error");
return 1;
}
// 3.将socket建立为非阻塞，此时socket被设置为非阻塞模式
flags = fcntl(sockfd,F_GETFL,0);//获取建立的sockfd的当前状态（非阻塞）
fcntl(sockfd,F_SETFL,flags|O_NONBLOCK);//将当前sockfd设置为非阻塞
/*4. 建立connect连接，此时socket设置为非阻塞，connect调用后，无论连接是否建立立即返回-1，同时将errno（包含errno.h就可以直接使用）设置为EINPROGRESS, 表示此时tcp三次握手仍旧进行，如果errno不是EINPROGRESS，则说明连接错误，程序结束。
当客户端和服务器端在同一台主机上的时候，connect回马上结束，并返回0；无需等待，所以使用goto函数跳过select等待函数，直接进入连接后的处理部分。*/
if ( ( n = connect( sockfd, ( struct sockaddr *)&serv_addr , sizeof(struct sockaddr)) ) < 0 )
{
if(errno != EINPROGRESS) return 1;
}
if(n==0)
{
printf("connect completed immediately");
goto done;
}
/* 5.设置等待时间，使用select函数等待正在后台连接的connect函数，这里需要说明的是使用select监听socket描述符是否可读或者可写，如果只可写，说明连接成功，可以进行下面的操作。如果描述符既可读又可写，分为两种情况，第一种情况是socket连接出现错误（不要问为什么，这是系统规定的，可读可写时候有可能是connect连接成功后远程主机断开了连接close(socket)），第二种情况是connect连接成功，socket读缓冲区得到了远程主机发送的数据。需要通过connect连接后返回给errno的值来进行判定，或者通过调用 getsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_ERROR,&error,&len); 函数返回值来判断是否发生错误，这里存在一个可移植性问题，在solaris中发生错误返回-1，但在其他系统中可能返回0.我首先按unix网络编程的源码进行实现。如下：*/
FD_ZERO(&rset);
FD_SET(sockfd,&rset);
wset = rset;
tval.tv_sec = 0;
tval.tv_usec = 300000;
int error;
socklen_t len;
if(( n = select(sockfd+1, &rset, &wset, NULL,&tval)) <= 0)
{
printf("time out connect error");
close(sockfd);
return -1;
}
If ( FD_ISSET(sockfd,&rset) || FD_ISSET(sockfd,&west) )
{
len = sizeof(error);
if( getsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_ERROR,&error,&len) <0)
return 1;
}
/* 这里我测试了一下，按照unix网络编程的描述，当网络发生错误的时候，getsockopt返回-1，return -1，程序结束。网络正常时候返回0，程序继续执行。
可是我在linux下，无论网络是否发生错误，getsockopt始终返回0，不返回-1，说明linux与unix网络编程还是有些细微的差别。就是说当socket描述符可读可写的时候，这段代码不起作用。不能检测出网络是否出现故障。
我测试的方法是，当调用connect后，sleep（2）休眠2秒，借助这两秒时间将网络助手断开连接，这时候select返回2，说明套接口可读又可写，应该是网络连接的出错情况。
此时，getsockopt返回0，不起作用。获取errno的值，指示为EINPROGRESS，没有返回unix网络编程中说的ENOTCONN，EINPROGRESS表示正在试图连接，不能表示网络已经连接失败。
针对这种情况，unix网络编程中提出了另外3种方法，这3种方法，也是网络上给出的常用的非阻塞connect示例：
a.再调用connect一次。失败返回errno是EISCONN说明连接成功，表示刚才的connect成功，否则返回失败。 代码如下：*/
int connect_ok;
connect(sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(struct sockaddr) );
switch (errno)
{
case EISCONN: //connect ok
printf("connect OK \n");
connect_ok = 1;
break;
case EALREADY:
connect_0k = -1
break;
case EINPROGRESS: // is connecting, need to check again
connect_ok = -1
break;
default:
printf("connect fail err=%d \n",errno);
connect_ok = -1;
break;
}
/*如程序所示，根据再次调用的errno返回值将connect_ok的值，来进行下面的处理，connect_ok为1继续执行其他操作，否则程序结束。
但这种方法我在linux下测试了，当发生错误的时候,socket描述符（我的程序里是sockfd）变成可读且可写，但第二次调用connect 后，errno并没有返回EISCONN，,也没有返回连接失败的错误，仍旧是EINPROGRESS，而当网络不发生故障的时候，第二次使用 connect连接也返回EINPROGRESS，因此也无法通过再次connect来判断连接是否成功。
b.unix网络编程中说使用read函数，如果失败，表示connect失败，返回的errno指明了失败原因，但这种方法在linux上行不通，linux在socket描述符为可读可写的时候，read返回0，并不会置errno为错误。
c.unix网络编程中说使用getpeername函数，如果连接失败，调用该函数后，通过errno来判断第一次连接是否成功，但我试过了，无论网络连接是否成功，errno都没变化，都为EINPROGRESS，无法判断。
悲哀啊，即使调用getpeername函数，getsockopt函数仍旧不行。
综上方法，既然都不能确切知道非阻塞connect是否成功，所以我直接当描述符可读可写的情况下进行发送，通过能否获取服务器的返回值来判断是否成功。(如果服务器端的设计不发送数据，那就悲哀了。)
程序的书写形式出于可移植性考虑，按照unix网络编程推荐写法，使用getsocketopt进行判断，但不通过返回值来判断，而通过函数的返回参数来判断。
6. 用select查看接收描述符，如果可读，就读出数据，程序结束。在接收数据的时候注意要先对先前的rset重新赋值为描述符，因为select会对 rset清零，当调用select后，如果socket没有变为可读，则rset在select会被置零。所以如果在程序中使用了rset，最好在使用时候重新对rset赋值。
程序如下：*/
FD_ZERO(&rset);
FD_SET(sockfd,&rset);//如果前面select使用了rset，最好重新赋值
if( ( n = select(sockfd+1,&rset,NULL, NULL,&tval)) <= 0 )
{
close(sockfd);
return -1;
}
if ((recvbytes=recv(sockfd, buf, 1024, 0)) ==-1)
{
perror("recv error!");
close(sockfd);
return 1;
}
printf("receive num %d\n",recvbytes);
printf("%s\n",buf);
非阻塞connect完整代码综合如下：
int main(int argc, char** argv)
{
intsockfd,recvbytes,res,flags,error,n;
socklen_tlen;
fd_setrset,wset;
structtimevaltval;
tval.tv_sec=0;
tval.tv_usec=300000;
structsockaddr_inserv_addr;
char*sendData="1234567890";//发送字符串
charbuf[1024]="/0"; //接收buffer
//创建socket描述符
if((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
{
perror("socket create failed");
return1;
}serv_addr.sin_family=AF_INET;
serv_addr.sin_port=htons(9999);
serv_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr("58.31.231.255");
bzero(&(serv_addr.sin_zero),8);
flags=fcntl(sockfd,F_GETFL,0);
fcntl(sockfd,F_SETFL,flags|O_NONBLOCK);//设置为非阻塞
if( (res = connect(sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(struct sockaddr)) )< 0)
{
if(errno != EINPROGRESS)
{
return1;
}
}
//如果server与client在同一主机上，有些环境socket设为非阻塞会返回 0
if(0 == res) goto done;
FD_ZERO(&rset);
FD_SET(sockfd,&rset);
wset=rset;
if( ( res = select(sockfd+1, NULL, &wset, NULL,&tval) ) <= 0)
{
perror("connect time out/n");
close(sockfd);
return1;
}
else
{
len=sizeof(error);
getsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &error, &len);
if(error)
{
fprintf(stderr, "Error in connection() %d - %s/n", error, strerror(error));
return1;
}
}
done:
if( (n = send(sockfd, sendData, strlen(sendData),0) ) ==-1 )
{
perror("send error!");
close(sockfd);
return1;
}
if( ( n = select(sockfd+1,&rset,NULL, NULL,&tval)) <= 0 )//rset没有使用过，不用重新置为sockfd
{
perror("receive time out or connect error");
close(sockfd);
return-1;
}
if((recvbytes=recv(sockfd, buf, 1024, 0)) ==-1)
{
perror("recv error!");
close(sockfd);
return1;
}
printf("receive num %d/n",recvbytes);
printf("%s/n",buf);
}
总结：
fcntl函数详解
accept():
在non-blocking模式下，如果返回值为-1，且errno == EAGAIN或errno == EWOULDBLOCK表示no connections没有新连接请求；
recv()/recvfrom():
在non-blocking模式下，如果返回值为-1，且errno == EAGAIN表示没有可接受的数据或很在接受尚未完成；
send()/sendto():
在non-blocking模式下，如果返回值为-1，且errno == EAGAIN或errno == EWOULDBLOCK表示没有可发送数据或数据发送正在进行没有完成。
read/write:
在non-blocking模式下，如果返回-1，且errno == EAGAIN表示没有可读写数据或可读写正在进行尚未完成。
connect():
在non-bloking模式下，如果返回-1，且errno = EINPROGRESS表示正在连接。
功能描述：根据文件描述词来操作文件的特性。
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
int fcntl(int fd, int cmd);
int fcntl(int fd, int cmd, long arg);
int fcntl(int fd, int cmd, struct flock *lock);[描述]
fcntl()针对(文件)描述符提供控制。参数fd是被参数cmd操作(如下面的描述)的描述符。针对cmd的值，fcntl能够接受第三个参数int arg。
[返回值]
fcntl()的返回值与命令有关。如果出错，所有命令都返回－1，如果成功则返回某个其他值。下列三个命令有特定返回值：F_DUPFD , F_GETFD , F_GETFL以及F_GETOWN。
F_DUPFD 返回新的文件描述符
F_GETFD 返回相应标志
F_GETFL , F_GETOWN 返回一个正的进程ID或负的进程组ID
fcntl函数有5种功能：
1. 复制一个现有的描述符(cmd=F_DUPFD).
2. 获得／设置文件描述符标记(cmd=F_GETFD或F_SETFD).
3. 获得／设置文件状态标记(cmd=F_GETFL或F_SETFL).
4. 获得／设置异步I/O所有权(cmd=F_GETOWN或F_SETOWN).
5. 获得／设置记录锁(cmd=F_GETLK , F_SETLK或F_SETLKW).
1. cmd值的F_DUPFD ：
F_DUPFD 返回一个如下描述的(文件)描述符：
·最小的大于或等于arg的一个可用的描述符
·与原始操作符一样的某对象的引用
·如果对象是文件(file)的话，则返回一个新的描述符，这个描述符与arg共享相同的偏移量(offset)
·相同的访问模式(读，写或读/写)
·相同的文件状态标志(如：两个文件描述符共享相同的状态标志)
·与新的文件描述符结合在一起的close-on-exec标志被设置成交叉式访问execve(2)的系统调用
实际上调用dup(oldfd)；
等效于
fcntl(oldfd, F_DUPFD, 0);而调用dup2(oldfd, newfd)；
等效于
close(oldfd)；
fcntl(oldfd, F_DUPFD, newfd)；2. cmd值的F_GETFD和F_SETFD：
F_GETFD
F_SETFD
在修改文件描述符标志或文件状态标志时必须谨慎，先要取得现在的标志值，然后按照希望修改它，最后设置新标志值。不能只是执行F_SETFD或F_SETFL命令，这样会关闭以前设置的标志位。
3. cmd值的F_GETFL和F_SETFL：
F_GETFL 取得fd的文件状态标志，如同下面的描述一样(arg被忽略)，在说明open函数时，已说明
了文件状态标志。不幸的是，三个存取方式标志 (O_RDONLY , O_WRONLY , 以及O_RDWR)并不各占1位。(这三种标志的值各是0 , 1和2，由于历史原因，这三种值互斥 — 一个文件只能有这三种值之一。) 因此首先必须用屏蔽字O_ACCMODE相与取得存取方式位，然后将结果与这三种值相比较。
F_SETFL
可更改的几个标志如下面的描述：
O_NONBLOCK 非阻塞I/O，如果read(2)调用没有可读取的数据，或者如果write(2)操作将阻塞，则read或write调用将返回-1和EAGAIN错误
O_APPEND 强制每次写(write)操作都添加在文件大的末尾，相当于open(2)的O_APPEND标志
O_DIRECT 最小化或去掉reading和writing的缓存影响。系统将企图避免缓存你的读或写的数据。如果不能够避免缓存，那么它将最小化已经被缓存了的数据造成的影响。如果这个标志用的不够好，将大大的降低性能
O_ASYNC
4. cmd值的F_GETOWN和F_SETOWN：
F_GETOWN 取得当前正在接收SIGIO或者SIGURG信号的进程id或进程组id，进程组id返回的是负值(arg被忽略)
F_SETOWN
5. cmd值的F_GETLK, F_SETLK或F_SETLKW：获得／设置记录锁的功能，成功则返回0，若有错误则返回-1，错误原因存于errno。
F_GETLK 通过第三个参数arg(一个指向flock的结构体)取得第一个阻塞lock description指向的锁。取得的信息将覆盖传到fcntl()的flock结构的信息。如果没有发现能够阻止本次锁(flock)生成的锁，这个结构将不被改变，除非锁的类型被设置成F_UNLCK
F_SETLK 按照指向结构体flock的指针的第三个参数arg所描述的锁的信息设置或者清除一个文件的segment锁。F_SETLK被用来实现共享(或读)锁(F_RDLCK)或独占(写)锁(F_WRLCK)，同样可以去掉这两种锁(F_UNLCK)。如果共享锁或独占锁不能被设置，fcntl()将立即返回EAGAIN
F_SETLKW
当一个共享锁被set到一个文件的某段的时候，其他的进程可以set共享锁到这个段或这个段的一部分。共享锁阻止任何其他进程set独占锁到这段保护区域的任何部分。如果文件描述符没有以读的访问方式打开的话，共享锁的设置请求会失败。
独占锁阻止任何其他的进程在这段保护区域任何位置设置共享锁或独占锁。如果文件描述符不是以写的访问方式打开的话，独占锁的请求会失败。
结构体flock的指针：
struct flcok
{
short int l_type; /* 锁定的状态*///以下的三个参数用于分段对文件加锁，若对整个文件加锁，则：l_whence=SEEK_SET, l_start=0, l_len=0
short int l_whence; /*决定l_start位置*/
off_t l_start; /*锁定区域的开头位置*/
off_t l_len; /*锁定区域的大小*/pid_t l_pid; /*锁定动作的进程*/
};l_type 有三种状态：
F_RDLCK 建立一个供读取用的锁定
F_WRLCK 建立一个供写入用的锁定
F_UNLCK 删除之前建立的锁定l_whence 也有三种方式：
SEEK_SET 以文件开头为锁定的起始位置
SEEK_CUR 以目前文件读写位置为锁定的起始位置
SEEK_END 以文件结尾为锁定的起始位置fcntl文件锁有两种类型：建议性锁和强制性锁
建议性锁是这样规定的：每个使用上锁文件的进程都要检查是否有锁存在，当然还得尊重已有的锁。内核和系统总体上都坚持不使用建议性锁，它们依靠程序员遵守这个规定。
强制性锁是由内核执行的：当文件被上锁来进行写入操作时，在锁定该文件的进程释放该锁之前，内核会阻止任何对该文件的读或写访问，每次读或写访问都得检查锁是否存在。
系统默认fcntl都是建议性锁，强制性锁是非POSIX标准的。如果要使用强制性锁，要使整个系统可以使用强制性锁，那么得需要重新挂载文件系统，mount使用参数 -0 mand 打开强制性锁，或者关闭已加锁文件的组执行权限并且打开该文件的set-GID权限位。
建议性锁只在cooperating processes之间才有用。对cooperating process的理解是最重要的，它指的是会影响其它进程的进程或被别的进程所影响的进程，举两个例子：
(1) 我们可以同时在两个窗口中运行同一个命令，对同一个文件进行操作，那么这两个进程就是cooperating processes
(2) cat file | sort，那么cat和sort产生的进程就是使用了pipe的cooperating processes
使用fcntl文件锁进行I/O操作必须小心：进程在开始任何I/O操作前如何去处理锁，在对文件解锁前如何完成所有的操作，是必须考虑的。如果在设置锁之前打开文件，或者读取该锁之后关闭文件，另一个进程就可能在上锁/解锁操作和打开/关闭操作之间的几分之一秒内访问该文件。当一个进程对文件加锁后，无论它是否释放所加的锁，只要文件关闭，内核都会自动释放加在文件上的建议性锁(这也是建议性锁和强制性锁的最大区别)，所以不要想设置建议性锁来达到永久不让别的进程访问文件的目的(强制性锁才可以)；强制性锁则对所有进程起作用。
fcntl使用三个参数 F_SETLK/F_SETLKW， F_UNLCK和F_GETLK 来分别要求、释放、测试record locks。record locks是对文件一部分而不是整个文件的锁，这种细致的控制使得进程更好地协作以共享文件资源。fcntl能够用于读取锁和写入锁，read lock也叫shared lock(共享锁)， 因为多个cooperating process能够在文件的同一部分建立读取锁；write lock被称为exclusive lock(排斥锁)，因为任何时刻只能有一个cooperating process在文件的某部分上建立写入锁。如果cooperating processes对文件进行操作，那么它们可以同时对文件加read lock，在一个cooperating process加write lock之前，必须释放别的cooperating process加在该文件的read lock和wrtie lock，也就是说，对于文件只能有一个write lock存在，read lock和wrtie lock不能共存。
下面的例子使用F_GETFL获取fd的文件状态标志。
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>
#include<iostream>
#include<errno.h>
using namespace std;int main(int argc,char* argv[])
{
int fd, var;
// fd=open("new",O_RDWR);
if (argc!=2)
{
perror("--");
cout<<"请输入参数，即文件名！"<<endl;
} if((var=fcntl(atoi(argv[1]), F_GETFL, 0))<0)
{
strerror(errno);
cout<<"fcntl file error."<<endl;
} switch(var & O_ACCMODE)
{
case O_RDONLY : cout<<"Read only.."<<endl;
break;
case O_WRONLY : cout<<"Write only.."<<endl;
break;
case O_RDWR : cout<<"Read wirte.."<<endl;
break;
default : break;
} if (val & O_APPEND)
cout<<",append"<<endl; if (val & O_NONBLOCK)
cout<<",noblocking"<<endl; cout<<"exit 0"<<endl;
exit(0);
}值得说明的是：fcntl是操作文件文件描述符访问控制属性而
ioctl是操作文件的物理特性。可以简单理解fcntl是操作文件共同属性，ioctl是操作文件的个性。setsockopt只是设置套接字的选项。
