在Linux网络编程中如何巧妙应对errno错误处理
在Linux网络编程中,errno是一个非常重要的变量。它记录了最近发生的系统调用错误代码。在编写网络应用程序时,合理处理errno可以帮助我们更好地了解程序出现的问题并进行调试。
通常,在Linux网络编程中发生错误时,errno会被设置为一个非零值。因此,在进行系统调用之后,我们应该始终检查errno的值。我们可以使用perror函数将错误信息打印到标准错误输出中,或者使用strerror函数将错误代码转换为错误信息字符串。
在网络编程中,处理网络连接、连接收发数据等经常会涉及到errno的处理。经过查阅了很多资料,发现没有一个系统的讲解,在不同阶段会遇到哪些errno,以及对这些errno需要如何处理。因此,本文将分为三个部分来讲解。
1. 接受连接(accept)
这一阶段发生在 accept 接收 tcp 连接中。
在accept接收tcp连接的过程中,可能会遇到以下errno:
- EAGAIN或EWOULDBLOCK:表示当前没有连接可以接受,非阻塞模式下可以继续尝试接受连接
- ECONNABORTED:表示连接因为某种原因被终止,可以重新尝试接受连接
- EINTR:表示系统调用被中断,可以重新尝试接受连接
- EINVAL:表示套接字不支持接受连接操作,需要检查套接字是否正确
其中 EINTR、EAGAIN与EWOULDBLOCK,表示可能遇到了系统中断,需要对这些errno忽略,如果是其他错误,则需要执行错误回调或者直接处理错误。
在 libevent 为这些需要忽略的errno定义了宏 EVUTIL_ERR_ACCEPT_RETRIABLE,宏里定义了上面三个需要忽略的信号,在 accept 处理时会判断如果遇到这些信号则进行忽略,下次重试就好。
/* True iff e is an error that means a accept can be retried. */
#define EVUTIL_ERR_ACCEPT_RETRIABLE(e) \
((e) == EINTR || EVUTIL_ERR_IS_EAGAIN(e) || (e) == ECONNABORTED)
// libevent accept 处理代码
static void listener_read_cb(evutil_socket_t fd, short what, void *p)
{
struct evconnlistener *lev = p;
int err;
evconnlistener_cb cb;
evconnlistener_errorcb errorcb;
void *user_data;
LOCK(lev);
while (1) {
struct sockaddr_storage ss;
ev_socklen_t socklen = sizeof(ss);
evutil_socket_t new_fd = evutil_accept4_(fd, (struct sockaddr*)&ss, &socklen, lev->accept4_flags);
if (new_fd < 0)
break;
if (socklen == 0) {
/* This can happen with some older linux kernels in
* response to nmap. */
evutil_closesocket(new_fd);
continue;
}
..........
}
err = evutil_socket_geterror(fd);
if (EVUTIL_ERR_ACCEPT_RETRIABLE(err)) {
UNLOCK(lev);
return;
}
if (lev->errorcb != NULL) {
++lev->refcnt;
errorcb = lev->errorcb;
user_data = lev->user_data;
errorcb(lev, user_data);
listener_decref_and_unlock(lev);
} else {
event_sock_warn(fd, "Error from accept() call");
UNLOCK(lev);
}
}
2. 建立连接(connect )
这一阶段发生在 connect 连接中。
在connect连接的过程中,可能会遇到以下errno:
- EINPROGRESS:表示连接正在进行中,需要等待连接完成
- EALREADY:表示套接字非阻塞模式下连接请求已经发送,但连接还未完成,需要等待连接完成
- EISCONN:表示套接字已经连接,无需再次连接
- EINTR:表示系统调用被中断,可以重新尝试连接
- ENETUNREACH:表示网络不可达,需要检查网络连接是否正常
其中 EINPROGRESS、EALREADY、EINTR 表示连接正在进行中,需要等待连接完成或重新尝试连接。如果是其他错误,则需要执行错误回调或者直接处理错误。
一般情况下,我们需要通过 select、poll、epoll 等 I/O 多路复用函数来等待连接完成,或者使用非阻塞的方式进行连接,等待连接完成后再进行下一步操作。
在 libevent 中,为这些需要忽略的 errno 定义了宏 EVUTIL_ERR_CONNECT_RETRIABLE,宏里定义了上面三个需要忽略的信号,在 connect 处理时会判断如果遇到这些信号则进行忽略,下次重试就好。
/* True iff e is an error that means a connect can be retried. */
#define EVUTIL_ERR_CONNECT_RETRIABLE(e) \\
((e) == EINTR || (e) == EINPROGRESS || (e) == EALREADY)
// libevent connect 处理代码
/* XXX we should use an enum here. */
/* 2 for connection refused, 1 for connected, 0 for not yet, -1 for error. */
int evutil_socket_connect_(evutil_socket_t *fd_ptr, const struct sockaddr *sa, int socklen)
{
int made_fd = 0;
if (*fd_ptr < 0) {
if ((*fd_ptr = socket(sa->sa_family, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
goto err;
made_fd = 1;
if (evutil_make_socket_nonblocking(*fd_ptr) < 0) {
goto err;
}
}
if (connect(*fd_ptr, sa, socklen) < 0) {
int e = evutil_socket_geterror(*fd_ptr);
// 处理忽略的 errno
if (EVUTIL_ERR_CONNECT_RETRIABLE(e))
return 0;
if (EVUTIL_ERR_CONNECT_REFUSED(e))
return 2;
goto err;
} else {
return 1;
}
err:
if (made_fd) {
evutil_closesocket(*fd_ptr);
*fd_ptr = -1;
}
return -1;
}
3. 连接的读写
在 Linux 网络编程中,连接读写阶段可能会遇到以下 errno:
- EINTR:表示系统调用被中断,可以重新尝试读写
- EAGAIN 或 EWOULDBLOCK:表示当前没有数据可读或没有缓冲区可写,需要等待下一次读写事件再尝试读写,非阻塞模式下可以继续尝试读写
- ECONNRESET 或 EPIPE:表示连接被重置或对端关闭了连接,需要重新建立连接
- ENOTCONN:表示连接未建立或已断开,需要重新建立连接
- ETIMEDOUT:表示连接超时,需要重新建立连接
- ECONNREFUSED:表示连接被拒绝,需要重新建立连接
- EINVAL:表示套接字不支持读写操作,需要检查套接字是否正确
其中 EINTR、EAGAIN 或 EWOULDBLOCK 表示可能遇到了系统中断或当前没有数据可读或没有缓冲区可写,需要对这些 errno 忽略,如果是其他错误,则需要执行错误回调或者直接处理错误。
在 libevent 中,为这些需要忽略的 errno 定义了宏 EVUTIL_ERR_RW_RETRIABLE,宏里定义了 EINTR、EAGAIN 或 EWOULDBLOCK 需要忽略的信号,在连接的读写处理时会判断如果遇到这些信号则进行忽略,下次重试就好。
/* True iff e is an error that means a read or write can be retried. */
#define EVUTIL_ERR_RW_RETRIABLE(e) \\
((e) == EINTR || EVUTIL_ERR_IS_EAGAIN(e))
// 连接读写处理代码例子
static void bufferevent_readcb(evutil_socket_t fd, short event, void *arg)
{
struct bufferevent *bufev = arg;
struct bufferevent_private *bufev_p = BEV_UPCAST(bufev);
struct evbuffer *input;
int res = 0;
short what = BEV_EVENT_READING;
ev_ssize_t howmuch = -1, readmax=-1;
bufferevent_incref_and_lock_(bufev);
if (event == EV_TIMEOUT) {
/* Note that we only check for event==EV_TIMEOUT. If
* event==EV_TIMEOUT|EV_READ, we can safely ignore the
* timeout, since a read has occurred */
what |= BEV_EVENT_TIMEOUT;
goto error;
}
input = bufev->input;
/*
* If we have a high watermark configured then we don't want to
* read more data than would make us reach the watermark.
*/
if (bufev->wm_read.high != 0) {
howmuch = bufev->wm_read.high - evbuffer_get_length(input);
/* we somehow lowered the watermark, stop reading */
if (howmuch <= 0) {
bufferevent_wm_suspend_read(bufev);
goto done;
}
}
readmax = bufferevent_get_read_max_(bufev_p);
if (howmuch < 0 || howmuch > readmax) /* The use of -1 for "unlimited"
* uglifies this code. XXXX */
howmuch = readmax;
if (bufev_p->read_suspended)
goto done;
evbuffer_unfreeze(input, 0);
res = evbuffer_read(input, fd, (int)howmuch); /* XXXX evbuffer_read would do better to take and return ev_ssize_t */
evbuffer_freeze(input, 0);
if (res == -1) {
int err = evutil_socket_geterror(fd);
// 处理需要忽略的errno
if (EVUTIL_ERR_RW_RETRIABLE(err))
goto reschedule;
if (EVUTIL_ERR_CONNECT_REFUSED(err)) {
bufev_p->connection_refused = 1;
goto done;
}
/* error case */
what |= BEV_EVENT_ERROR;
} else if (res == 0) {
/* eof case */
what |= BEV_EVENT_EOF;
}
if (res <= 0)
goto error;
bufferevent_decrement_read_buckets_(bufev_p, res);
/* Invoke the user callback - must always be called last */
bufferevent_trigger_nolock_(bufev, EV_READ, 0);
goto done;
reschedule:
goto done;
error:
bufferevent_disable(bufev, EV_READ);
bufferevent_run_eventcb_(bufev, what, 0);
done:
bufferevent_decref_and_unlock_(bufev);
}
static void bufferevent_writecb(evutil_socket_t fd, short event, void *arg)
{
struct bufferevent *bufev = arg;
struct bufferevent_private *bufev_p = BEV_UPCAST(bufev);
int res = 0;
short what = BEV_EVENT_WRITING;
int connected = 0;
ev_ssize_t atmost = -1;
bufferevent_incref_and_lock_(bufev);
if (evbuffer_get_length(bufev->output)) {
evbuffer_unfreeze(bufev->output, 1);
res = evbuffer_write_atmost(bufev->output, fd, atmost);
evbuffer_freeze(bufev->output, 1);
if (res == -1) {
int err = evutil_socket_geterror(fd);
// 处理需要忽略的 errno
if (EVUTIL_ERR_RW_RETRIABLE(err))
goto reschedule;
what |= BEV_EVENT_ERROR;
} else if (res == 0) {
/* eof case
XXXX Actually, a 0 on write doesn't indicate
an EOF. An ECONNRESET might be more typical.
*/
what |= BEV_EVENT_EOF;
}
if (res <= 0)
goto error;
bufferevent_decrement_write_buckets_(bufev_p, res);
}
if (evbuffer_get_length(bufev->output) == 0) {
event_del(&bufev->ev_write);
}
/*
* Invoke the user callback if our buffer is drained or below the
* low watermark.
*/
if (res || !connected) {
bufferevent_trigger_nolock_(bufev, EV_WRITE, 0);
}
goto done;
reschedule:
if (evbuffer_get_length(bufev->output) == 0) {
event_del(&bufev->ev_write);
}
goto done;
error:
bufferevent_disable(bufev, EV_WRITE);
bufferevent_run_eventcb_(bufev, what, 0);
done:
bufferevent_decref_and_unlock_(bufev);
}
4. 总结
本文介绍了在 Linux 网络编程中处理 errno 的方法。在接受连接、建立连接和连接读写阶段可能会遇到多种 errno,如 EINTR、EAGAIN、EWOULDBLOCK、ECONNRESET、EPIPE、ENOTCONN、ETIMEDOUT、ECONNREFUSED、EINVAL 等,需要对一些 errno 进行忽略,对于其他错误则需要执行错误回调或者直接处理错误。在 libevent 中,为这些需要忽略的 errno 定义了宏,如 EVUTIL_ERR_ACCEPT_RETRIABLE、EVUTIL_ERR_CONNECT_RETRIABLE、EVUTIL_ERR_RW_RETRIABLE 等,方便开发者处理这些 errno。
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epoll简介及触发模式(accept、read、send)-epoll的简单介绍 epoll在LT和ET模式下的读写方式 一、epoll的接口非常简单,一共就三个函数:1. int epoll_create(int size);创建一个epoll的句柄,size用来告诉内核这个监听的数目一共有多大。这个参数不同于select中的第一个参数,给出最大监听的fd+1的值。需要注意的是,当创建好epoll句柄后,它就是会占用一个fd值,在linux下如果查看/proc/进程id/fd/,是能够看到这个fd的,所以在使用完epoll后,必须调用close关闭,否则可能导致fd被耗尽。2. int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);epoll的事件注册函数,它不同与select是在监听事件时告诉内核要监听什么类型的事件,而是在这里先注册要监听的事件类型。第一个参数是epoll_create的返回值,第二个参数表示动作,用三个宏来表示:EPOLL_CTL_ADD:注册新的fd到epfd中;EPOLL_CTL_MOD:修改已经注册的fd的监听事件;EPOLL_CTL_DEL:从epfd中删除一个fd;第三个参数是需要监听的fd,第四个参数是告诉内核需要监听什么事,struct epoll_event结构如下:struct epoll_event { __uint32_t events; /* Epoll events */ epoll_data_t data; /* User data variable */};events可以是以下几个宏的集合:EPOLLIN :表示对应的文件描述符可以读(包括对端SOCKET正常关闭); EPOLLIN事件:EPOLLIN事件则只有当对端有数据写入时才会触发,所以触发一次后需要不断读取所有数据直到读完EAGAIN为止。否则剩下的数据只有在下次对端有写入时才能一起取出来了。现在明白为什么说epoll必须要求异步socket了吧?如果同步socket,而且要求读完所有数据,那么最终就会在堵死在阻塞里。 EPOLLOUT:表示对应的文件描述符可以写; EPOLLOUT事件:EPOLLOUT事件只有在连接时触发一次,表示可写,其他时候想要触发,那要先准备好下面条件:1.某次write,写满了发送缓冲区,返回错误码为EAGAIN。2.对端读取了一些数据,又重新可写了,此时会触发EPOLLOUT。简单地说:EPOLLOUT事件只有在不可写到可写的转变时刻,才会触发一次,所以叫边缘触发,这叫法没错的!其实,如果真的想强制触发一次,也是有办法的,直接调用epoll_ctl重新设置一下event就可以了,event跟原来的设置一模一样都行(但必须包含EPOLLOUT),关键是重新设置,就会马上触发一次EPOLLOUT事件。1. 缓冲区由满变空.2.同时注册EPOLLIN | EPOLLOUT事件,也会触发一次EPOLLOUT事件这个两个也会触发EPOLLOUT事件 EPOLLPRI:表示对应的文件描述符有紧急的数据可读(这里应该表示有带外数据到来);EPOLLERR:表示对应的文件描述符发生错误;EPOLLHUP:表示对应的文件描述符被挂断;EPOLLET: 将EPOLL设为边缘触发(Edge Triggered)模式,这是相对于水平触发(Level Triggered)来说的。EPOLLONESHOT:只监听一次事件,当监听完这次事件之后,如果还需要继续监听这个socket的话,需要再次把这个socket加入到EPOLL队列里3. int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);等待事件的产生,类似于select调用。参数events用来从内核得到事件的集合,maxevents告之内核这个events有多大,这个maxevents的值不能大于创建epoll_create时的size,参数timeout是超时时间(毫秒,0会立即返回,-1将不确定,也有说法说是永久阻塞)。该函数返回需要处理的事件数目,如返回0表示已超时。-------------------------------------------------------------------------------------------- 从man手册中,得到ET和LT的具体描述如下EPOLL事件有两种模型:Edge Triggered (ET)Level Triggered (LT)假如有这样一个例子:1. 我们已经把一个用来从管道中读取数据的文件句柄(RFD)添加到epoll描述符2. 这个时候从管道的另一端被写入了2KB的数据3. 调用epoll_wait(2),并且它会返回RFD,说明它已经准备好读取操作4. 然后我们读取了1KB的数据5. 调用epoll_wait(2)......Edge Triggered 工作模式:如果我们在第1步将RFD添加到epoll描述符的时候使用了EPOLLET标志,那么在第5步调用epoll_wait(2)之后将有可能会挂起,因为剩余的数据还存在于文件的输入缓冲区内,而且数据发出端还在等待一个针对已经发出数据的反馈信息。只有在监视的文件句柄上发生了某个事件的时候 ET 工作模式才会汇报事件。因此在第5步的时候,调用者可能会放弃等待仍在存在于文件输入缓冲区内的剩余数据。在上面的例子中,会有一个事件产生在RFD句柄上,因为在第2步执行了一个写操作,然后,事件将会在第3步被销毁。因为第4步的读取操作没有读空文件输入缓冲区内的数据,因此我们在第5步调用 epoll_wait(2)完成后,是否挂起是不确定的。epoll工作在ET模式的时候,必须使用非阻塞套接口,以避免由于一个文件句柄的阻塞读/阻塞写操作把处理多个文件描述符的任务饿死。最好以下面的方式调用ET模式的epoll接口,在后面会介绍避免可能的缺陷。 i 基于非阻塞文件句柄 ii 只有当read(2)或者write(2)返回EAGAIN时才需要挂起,等待。但这并不是说每次read时都需要循环读,直到读到产生一个EAGAIN才认为此次事件处理完成,当read返回的读到的数据长度小于请求的数据长度时,就可以确定此时缓冲中已没有数据了,也就可以认为此事读事件已处理完成。Level Triggered 工作模式相反的,以LT方式调用epoll接口的时候,它就相当于一个速度比较快的poll(2),并且无论后面的数据是否被使用,因此他们具有同样的职能。因为即使使用ET模式的epoll,在收到多个chunk的数据的时候仍然会产生多个事件。调用者可以设定EPOLLONESHOT标志,在 epoll_wait(2)收到事件后epoll会与事件关联的文件句柄从epoll描述符中禁止掉。因此当EPOLLONESHOT设定后,使用带有 EPOLL_CTL_MOD标志的epoll_ctl(2)处理文件句柄就成为调用者必须作的事情。然后详细解释ET, LT:LT(level triggered)是缺省的工作方式,并且同时支持block和no-block socket.在这种做法中,内核告诉你一个文件描述符是否就绪了,然后你可以对这个就绪的fd进行IO操作。如果你不作任何操作,内核还是会继续通知你的,所以,这种模式编程出错误可能性要小一点。传统的select/poll都是这种模型的代表.ET(edge-triggered)是高速工作方式,只支持no-block socket。在这种模式下,当描述符从未就绪变为就绪时,内核通过epoll告诉你。然后它会假设你知道文件描述符已经就绪,并且不会再为那个文件描述符发送更多的就绪通知,直到你做了某些操作导致那个文件描述符不再为就绪状态了(比如,你在发送,接收或者接收请求,或者发送接收的数据少于一定量时导致了一个EWOULDBLOCK 错误)。但是请注意,如果一直不对这个fd作IO操作(从而导致它再次变成未就绪),内核不会发送更多的通知(only once),不过在TCP协议中,ET模式的加速效用仍需要更多的benchmark确认(这句话不理解)。在许多测试中我们会看到如果没有大量的idle -connection或者dead-connection,epoll的效率并不会比select/poll高很多,但是当我们遇到大量的idle- connection(例如WAN环境中存在大量的慢速连接),就会发现epoll的效率大大高于select/poll。(未测试)另外,当使用epoll的ET模型来工作时,当产生了一个EPOLLIN事件后,读数据的时候需要考虑的是当recv返回的大小如果等于请求的大小,那么很有可能是缓冲区还有数据未读完,也意味着该次事件还没有处理完,所以还需要再次读取: 这里只是说明思路(参考《UNIX网络编程》) while(rs) {buflen = recv(activeevents[i].data.fd, buf, sizeof(buf), 0);if(buflen < 0){// 由于是非阻塞的模式,所以当errno为EAGAIN时,表示当前缓冲区已无数据可读// 在这里就当作是该次事件已处理处.if(errno == EAGAIN)break; else return; }else if(buflen == 0) { // 这里表示对端的socket已正常关闭. } if(buflen == sizeof(buf) rs = 1; // 需要再次读取 else rs = 0; } 还有,假如发送端流量大于接收端的流量(意思是epoll所在的程序读比转发的socket要快),由于是非阻塞的socket,那么send函数虽然返回,但实际缓冲区的数据并未真正发给接收端,这样不断的读和发,当缓冲区满后会产生EAGAIN错误(参考man send),同时,不理会这次请求发送的数据.所以,需要封装socket_send的函数用来处理这种情况,该函数会尽量将数据写完再返回,返回-1表示出错。在socket_send内部,当写缓冲已满(send返回-1,且errno为EAGAIN),那么会等待后再重试.这种方式并不很完美,在理论上可能会长时间的阻塞在socket_send内部,但暂没有更好的办法. ssize_t socket_send(int sockfd, const char* buffer, size_t buflen) { ssize_t tmp; size_t total = buflen; const char *p = buffer; while(1) { tmp = send(sockfd, p, total, 0); if(tmp < 0) { // 当send收到信号时,可以继续写,但这里返回-1. if(errno == EINTR) return -1; // 当socket是非阻塞时,如返回此错误,表示写缓冲队列已满, // 在这里做延时后再重试. if(errno == EAGAIN) { usleep(1000); continue; } return -1; } if((size_t)tmp == total) return buflen; total -= tmp; p += tmp; } return tmp; } 二、epoll在LT和ET模式下的读写方式 在一个非阻塞的socket上调用read/write函数, 返回EAGAIN或者EWOULDBLOCK(注: EAGAIN就是EWOULDBLOCK) 从字面上看, 意思是: * EAGAIN: 再试一次 * EWOULDBLOCK: 如果这是一个阻塞socket, 操作将被block * perror输出: Resource temporarily unavailable 总结: 这个错误表示资源暂时不够, 可能read时, 读缓冲区没有数据, 或者, write时,写缓冲区满了 。 遇到这种情况, 如果是阻塞socket, read/write就要阻塞掉。 而如果是非阻塞socket, read/write立即返回-1, 同 时errno设置为EAGAIN. 所以, 对于阻塞socket, read/write返回-1代表网络出错了. 但对于非阻塞socket, read/write返回-1不一定网络真的出错了. 可能是Resource temporarily unavailable. 这时你应该再试, 直到Resource available. 综上, 对于non-blocking的socket, 正确的读写操作为: 读: 忽略掉errno = EAGAIN的错误, 下次继续读 写: 忽略掉errno = EAGAIN的错误, 下次继续写 对于select和epoll的LT模式, 这种读写方式是没有问题的. 但对于epoll的ET模式, 这种方式还有漏洞. epoll的两种模式 LT 和 ET