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今天开始学习一些套接字的属性。

构建简单的客户端和服务端可以看从零开始学习Linux网络编程C++ Day1

封装socket类可看从零开始学习Linux网络编程C++ Day2

阻塞IO：

       当用户线程发起 I/O 请求之后，内核会去查看数据是否就绪。如果没有就绪，内核会等待数据就绪，而用户线程就会处于阻塞状态，用户线程交出 CPU。当数据就绪之后，内核会将数据拷贝到用户线程，并返回结果给用户线程，用户线程才解除阻塞状态。

       对于前两天的学习中出现的函数，服务端的accept()函数位置就可能会发生阻塞，因为如果没有客户端发送连接过来，accept()函数就会一直等待，程序就挂起，然后交出CPU。recv()函数也可能会发生阻塞，如果客户端已经连过来了，但是一直不发送数据，程序也会一直等待，然后挂起，交出CPU。对于服务端来说，send()函数也是肯能会发生阻塞的，因为发送缓冲区已满（如接收方处理速度慢、网络拥塞或 TCP 流量控制限制），导致数据无法立即写入。

      对于客户端来说，connect()可能会发生阻塞，因为在建立 TCP 连接时需要完成三次握手的过程，如果服务器响应延迟、网络拥塞或目标地址不可达，客户端会等待直到超时或连接成功，而默认情况下connect()是以阻塞模式运行，因此在这段时间内程序会被暂停，直到连接建立完成或失败为止。send()和recv()也可能会发生阻塞，原因和服务端一样。

      对于套接字socket，我们创建出来的时候就会默认为一个阻塞的IO模型。

非阻塞IO：

       非阻塞 I/O 是指当一个进程发起 I/O 请求时，无论数据是否准备好，操作系统都会立即返回。如果数据尚未准备好，返回的结果通常是一个特定的状态码（如 "未准备好" 或 "错误"），而不是实际的数据。在非阻塞 I/O 模型中，用户线程需要不断地轮询内核数据是否就绪，也就是说非阻塞 I/O 不会交出 CPU，而会一直占用 CPU。

       在轮询的模式下，我们一般会采用非阻塞的IO模型。

如何将socket由默认的阻塞方式设置为非阻塞

在上一章的socket.h中添加如下代码：

bool set_non_blocking();//由阻塞变为非阻塞

在socket.cpp中添加如下代码：

bool Socket::set_non_blocking(){
    int flags=fcntl(m_sockfd,F_GETFL,0);//F_FETFL获取状体
    if(flags<0){
        // 获取错误信息
        const char* error_message = strerror(errno);
        // 打开日志文件并写入错误信息
        ofstream log_file("socket_set_non_blocking_error.log", ios::app);
        if (log_file.is_open()) {
            log_file << "socket set_non_blocking failed. Error: " << error_message << endl;
            log_file.close();
        } else {
            cerr << "Failed to open log file" << endl;
        }
        return false;
    }
    flags |= O_NONBLOCK;//设置非阻塞标志
    if(fcntl(m_sockfd,F_SETFL,flags)<0){//F_SETFL设置状态
        // 获取错误信息
        const char* error_message = strerror(errno);
        // 打开日志文件并写入错误信息
        ofstream log_file("socket_set_non_blocking_error.log", ios::app);
        if (log_file.is_open()) {
            log_file << "socket set_non_blocking failed. Error: " << error_message << endl;
            log_file.close();
        } else {
            cerr << "Failed to open log file" << endl;
        }
        return false;
    }
    return true;
}

• fcntl 是一个通用的文件控制函数，可以对文件描述符进行多种操作。
• 在这里，F_GETFL 和 F_SETFL 分别用于获取和设置文件状态标志。
• O_NONBLOCK 是一个标志，表示将文件或套接字设置为非阻塞模式。

发送缓冲区 

       socket 没法直接将数据发送到网卡，所以只能先将数据发送到操作系统数据发送缓冲区。然后网卡从数据发送缓冲区中获取数据，再发送到接收方。

       如果用户程序发送数据的速度比网卡读取的速度快，那么发送缓冲区将会很快被写满，这个时候 send 会被阻塞，也就是写入发生阻塞。

设置接收缓存区使用setsockopt()这个函数

//socket.h
bool set_send_buffer(int size);//设置发送缓冲区大小

//socket.cpp
bool Socket::set_send_buffer(int size){
    int buf_size=size;
    if(setsockopt(m_sockfd,SOL_SOCKET,SO_SNDBUF,&buf_size,sizeof(buf_size))<0){
        // 获取错误信息
        const char* error_message = strerror(errno);
        // 打开日志文件并写入错误信息
        ofstream log_file("socket_set_send_buffer_error.log", ios::app);
        if (log_file.is_open()) {
            log_file << "socket set_send_buffer failed. Error: " << error_message << endl;
            log_file.close();
        } else {
            cerr << "Failed to open log file" << endl;
        }
        return false;
    }
    return true;
}

 接收缓存区

       首先接收方机器网卡接收到发送方的数据后，先将数据保存到操作系统接收缓冲区。用户程序感知到操作系统缓冲区的数据后，主动调用接收数据的方法来获取数据。 如果数据接收缓冲区为空，这个时候 recv 会被阻塞，也就是读取发生阻塞。

 修改接收缓存区的代码和修改发送缓存区的是一样的，就是讲SO_SNDBUF参数改为SO_RCVBUF。

SO_LINGER

       设置函数close()关闭TCP连接时的行为。缺省close()的行为是，如果有数据残留在socket发送缓冲区中则系统将继续发送这些数据给对方，等待被确认，然后返回。

bool Socket::set_linger(bool active,int seconds){
    struct linger l;
    memset(&l,0,sizeof(l));
    l.l_onoff=active?1:0;
    l.l_linger=seconds;
    if(setsockopt(m_sockfd,SOL_SOCKET,SO_LINGER,&l,sizeof(l))<0){
        // 获取错误信息
        const char* error_message = strerror(errno);
        // 打开日志文件并写入错误信息
        ofstream log_file("socket_set_linger_error.log", ios::app);
        if (log_file.is_open()) {
            log_file << "socket set_linger failed. Error: " << error_message << endl;
            log_file.close();
        } else {
            cerr << "Failed to open log file" << endl;
        }
        return false;
    }
}

SO_KEEPALIVE

不论是服务端还是客户端，一方开启 KeepAlive 功能后，就会自动在规定时间内向对方发送心跳包，而另一方在收到心跳包后就会自动回复，以告诉对方我仍然在线。

bool Socket::set_keepalive(){
    int flag=1;
    if(setsockopt(m_sockfd,SOL_SOCKET,SO_KEEPALIVE,&flag,sizeof(flag))<0){
        // 获取错误信息
        const char* error_message = strerror(errno);
        // 打开日志文件并写入错误信息
        ofstream log_file("socket_set_keepalive_error.log", ios::app);
        if (log_file.is_open()) {
            log_file << "socket set_keepalive failed. Error: " << error_message << endl;
            log_file.close();
        } else {
            cerr << "Failed to open log file" << endl;
        }
        return false;
    }
    return true;
}

SO_REUSEADDR

SO_REUSEADDR 是一个很有用的选项，一般服务器的监听 socket 都应该打开它。它的大意是允许服务器 bind 一个地址，即使这个地址当前已经存在已建立的连接。

bool Socket::set_reuseaddr(){
        int flag=1;
    if(setsockopt(m_sockfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&flag,sizeof(flag))<0){
        // 获取错误信息
        const char* error_message = strerror(errno);
        // 打开日志文件并写入错误信息
        ofstream log_file("socket_set_keepalive_error.log", ios::app);
        if (log_file.is_open()) {
            log_file << "socket set_keepalive failed. Error: " << error_message << endl;
            log_file.close();
        } else {
            cerr << "Failed to open log file" << endl;
        }
        return false;
    }
    return true;
}