网络编程学习笔记 2--异常情况

网络编程学习笔记 2

--异常情况

一．    处理SIGCHLD信号：

设置僵尸状态进程的目的就是维护子进程的状态信息，以便父进程在以后某个时刻取回。这些进程信息包括：子进程id，终止状态，以及子进程的资源利用信息（cpu利用时间，内存等等）。如果一个进程终止，且该进程具有僵尸状态的子进程，则所有僵尸状态的子进程的ID设为1，init进程负责清除他们（init进程将wait它们）。

处理僵尸进程的一个办法就是：在程序中捕SIGCLHLD信号，在信号处理程序中调用wait。

 

 

有一种情况：当父进程阻塞于慢系统调用accept时，如果此时子进程退出，引发SIGCHLD信号，那么，父进程会调用信号处理函数，等待子进程退出，信号处理函数返回之后，此时内核将使accept调用返回EINTR的错误，如果父进程不处理此错误，那么，有可能父进程退出。所以在编写带有信号处理的网络程序时，我们应该分清被中断的系统调用并且处理他们。

系统对于被中断的系统调用是否执行重启是跟实现相关的，也就是对Posix的SA_RESTART标志的支持。诸如下面的代码在实际的编码中经常出现：

上面这段代码中，我们要做的就是重启被中断的accept调用，这对于accept，read，write，open，select这样的调用是可以的，但是有一个函数例外，就是connect调用。如果connect调用返回EINTR，再调用connect的话，会立即返回错误。当调用的connect调用被一个捕获的信号中断而且不自动重启（tcpv2第466页）时，我们必须调用select来等待连接完成。

 

 

 

 

 

 

二．    wait和waitpid函数：

我们使用wait系列函数来处理终止的子进程。函数原型如下：

#include

pid_t wait (int *statloc);

pid_t waitpid (pid_t pid, int *statloc, int options);

                       Both return: process ID if OK, 0 or–1 on error

这两个函数均涉及两个值，函数的返回值时结束进程的ID，结束状态通过statloc指针返回。

wait函数调用时，wait会阻塞到第一个进程结束。而waitpid函数对等待哪个进程以及是否阻塞给了我们更多的控制。参数pid表示让我们指定想等待的子进程，值-1表示等待第一个结束的子进程（也有其他选项，他们涉及进程组ID），参数options让我们指定附加选项，最常用的选项就是WNOHANG，用来通知内核在没有子进程终止时不要阻塞。

 

函数wait和waitpid的区别：

在信号处理程序中调用wait函数，并不能杜绝zombie进程的出现，问题在于所有的信号在调用处理程序之前完成，而处理程序又只执行了一次，且UNIX对信号一般是不排队的。更加严重的是，是否排队是不确定的。

正确的办法是调用waitpid而不是wait，如下：

 2 void

 3 sig_chld(int signo)

 4 {

 5     pid_t    pid;

 6     int      stat;

 7     while ( (pid = waitpid(-1, &stat, WNOHANG)) > 0)

 8         printf("child %d terminated\n", pid);

 9     return;

10 }

            上面的代码有几个地方需要说明的就是：在循环中调用waitpid，options参数使用WNOHANG。

在进行网络编程时，我们可能会遇到三种情况，如下：

三．    accept返回前，连接夭折

四．    服务器进程终止

启动客户-服务器，然后杀死服务器的子进程，模拟服务器进程的崩溃，来观察一下客户端的反映。

Kill服务器子进程的ID，此时，引发服务端发送一个FIN分节，客户的tcp以ACK响应，信号SIGCHLD被发往服务器进程，并且被正确处理，客户端此时阻塞于fgets调用。使用netstat命令查看，获得客户端的status为：CLOSE_WAIT，而服务端的status为：FIN_WAIT_2。此时客户端再次调用write给该connfd发送数据时（这种情况时允许的，因为刚才收到的FIN分节代表服务端关闭连接且不再发送数据过来。），接收到FIN分节的客户tcp并没有通知客户进程，此时当服务端收到数据时会响应RST。客户端再次调用readline函数时，由于上面收到的FIN分节会导致readline返回0，所以客户进程退出。客户进程将不会看到RST。

因为FIN分节到达的较早，所以readline返回0，如果在发送之后停顿一段时间，等待tcp收到RST分节，那么再次调用readline的时候，RST分节就会先于FIN分节，导致readline返回另外一个错误：ECONNRESET（连接被复位）。

上面例子的问题是：客户端有两个描述字，套接口和标准输入，它不应该只阻塞于某个特定输入，而是应该阻塞于任意一个源。这就是select和poll的目的。

五．    SIGPIPE信号

如果客户进程不理会readline返回的错误，而继续更多的数据的话，会引发内核对进程发送一个SIGPIPE的信号，此信号的缺省行为就是进程退出，如果不想进程退出，那么必须捕获此信号。进程不论是捕获该信号并从其信号处理程序返回，还是不理会该信号，写操作都会返回错误EPIPE。

处理SIGPIPE信号的建议方法是：先确定该信号发生时，进程想做什么。如果没有特殊的进程需要做的话可以将该信号设置为SIG_IGN，并假设后续的输出操作将捕捉EPIPE错误并终止。如果信号出现时需要采取特殊措施（比如在日志文件中记录），那么就必须捕获该信号，并在信号处理程序中执行所期望的动作。如果有多个套接字，那么不能确定到底时哪个套接字发生该错误，如果需要知道哪个write出错，那么要么必须要不理会该信号，要么信号处理程序返回之后再处理来自write的EPIPE。

六．    服务器主机崩溃

启动客户端之后，先确认一下已经连上，之后断开服务主机，在客户上再键入一行。客户端调用write，客户端tcp会作为一个分节发送给服务器，然后客户端会阻塞在readline调用，等待echo。使用tcpdump会发现，客户端的tcp会重发该分节，以期待对方的ACK，当客户端最终放弃时，会返回给用户一个错误。该错误有几种情况：假设服务端已经崩溃，则不会对客户分节作出响应，这个错误就是ETIMEOUT；但是如果中间服务器判定目的主机不可达，且返回给客户端一个目的主机不可达的icmp错误，那么该错误就是ENETUNSEARCH或者EHOSTUNSEARCH。

有时候我们需要等待的时间短一些，一个方法就是给readline设置一个超时。如果想在给服务端发送数据之前就检测到服务端已崩溃，那么可以使用套接口选项SO_KEEPALIVE。

七．    服务器主机崩溃后重启

假设不使用SO_KEEPALIVE选项，连接建立之后，服务器断网重启，客户端键入一行，此时服务端收到客户端发来的分节，因为服务器已经丢失了之前的连接信息，所以会返回给客户端RST分节。返回RST分节的时候，如果客户端正处于readline调用，那么会导致返回ECONNRESET错误。

八．    服务器主机关机

要区分崩溃和关机的区别，关键就在于是否给进程关闭描述符的时间。

当Unix系统关机时，一般时由init进程给所有进程发信号SIGTERM（此信号能够捕捉），5～20s之后，给还在运行的进程发送SIGKILL信号（此信号不可捕捉）。这就给进程一段时间进行清除和终止。如果我们不捕获SIGTERM，那么进程就由SIGKILL信号终止。当进程终止时，所有打开的描述符关闭，引发FIN分节。之后就如同服务器进程终止。

九．    例子程序小结

双方通讯之前，指定四元组：本地ip，本地端口，远端ip，远端端口。

从客户端的角度来看，远端ip和远端端口必须在客户端connect时指定，而两个本地值则由内核作为connect的一部分来选定。客户也可在调用connect之前通过调用bind来指定其中一个或两个本地值，但这不常用。客户端可以在连接建立之后使用getsockname来获取两个本地值。

服务器的角度来看，本地端口由bind指定，尽管也可以使用bind来指定本地地址，但是一般不会那么做，一般会用全零 (wildcard)的通配地址来指定服务器的ip地址。如果服务器端在一个多网卡(multihomed)的主机上绑定通配地址，那么可以使用getsockname来获得本地ip，两个远端值由accept返回给服务器。服务器可以使用getpeername来获取两个客户端值。

十．    传送的数据格式

改动例子程序，编程在服务器和客户端之间传送数据结构而不是文本串，那么会遇到一下问题：

1．             不同的实现以不同的格式存储二进制数据，最常见的实现是大端和小端。

2．             不同的实现在存储相同的c数据类型时可能不同。典型的32机存储long类型时，使用33bit，而64位机存储long时为64位。

3．             不同的实现给结构打包时的方式也是不同的，有时候取决于机器的对齐方式。

有两个常用办法解决数据格式的问题：

1．             把所有的数值数据作为文本串来传送，当然这要求两台通讯主机以相同的字符集作为基础。

2．             显式定义所支持数据类型的二进制格式（位数，大端或小端），在服务器和客户机之间以此格式传递所有数据。

十一．            小结

我们遇到的第一个问题就是僵尸进程，通过捕捉SIGCHLD信号来处理，接着，信号处理程序调用waitpid，必须调用此函数，而不是原来的wait函数，是因为Unix信号是不排队的，这些引导我们进入了Posix信号处理的一些细节，可以参照APUE的第10章。

遇到的下一个问题是服务器进程终止，客户端不知道。客户的tcp被通知，但是由于客户端进程阻塞于某个调用而为接到通知。以后会使用select和poll调用来解决这个问题，客户端不应该只阻塞于某一个，而是等待所有描述符中准备好的那个。

如果服务器进程崩溃，那么客户端需要向服务器再发送一次数据才能知道，一些应用程序应该尽早检测到，这就引入了套接口选项中的SO_KEEPALIVE。