面试题：网络编程之非阻塞I/O模型下故障检测基础

Question

在非阻塞I/O模型下，简述如何检测网络连接故障？可以从常见的系统调用和返回值等方面阐述。

Answer 1

在非阻塞I/O模型下，检测网络连接故障可从以下方面着手：

1. send系统调用

• 返回值含义：
  • 成功时，send返回实际发送的字节数。若返回值等于期望发送的字节数，说明数据成功发送出去。
  • 若返回值小于期望发送的字节数，且errno设置为EAGAIN或EWOULDBLOCK，这意味着当前没有足够的缓冲区空间立即发送所有数据，但连接可能正常，后续可再次尝试发送。
  • 若返回值为 -1，且errno为ECONNRESET，表示对方已重置连接，这是一种常见的连接故障，可能是对方异常关闭或网络问题导致连接被重置。
  • 若errno为EPIPE，表示管道破裂，通常是因为对方关闭了连接，而本地还在尝试向已关闭的连接发送数据。

2. recv系统调用

• 返回值含义：
  • 成功时，recv返回接收到的字节数。若返回0，说明对方已关闭连接（正常关闭）。
  • 若返回 -1，且errno为EAGAIN或EWOULDBLOCK，表明当前没有数据可读，但连接可能正常，后续可再次尝试接收。
  • 若errno为ECONNREFUSED，表示连接被拒绝，通常是因为目标端口未监听或防火墙阻止连接，这意味着连接建立阶段就出现故障。
  • 若errno为ECONNRESET，同send中的情况，说明对方重置了连接，连接存在故障。

3. select、poll或epoll等多路复用系统调用

• 使用方式及含义：
  • 这些系统调用可以监视多个文件描述符（包括套接字）的状态变化。以select为例，通过设置读、写和异常事件掩码来等待文件描述符状态改变。
  • 当一个套接字在select的读集合中就绪时（返回值大于0且对应文件描述符在读集合），调用recv接收数据。若recv返回0，说明对方关闭连接；若recv返回 -1 且为上述连接故障相关的errno值，可判断连接故障。
  • 当套接字在写集合中就绪时（同样select返回值大于0且在写集合），调用send发送数据，根据send返回值判断连接是否存在故障。若select返回值为0，表示在指定时间内没有任何文件描述符就绪，可适当延长等待时间再次尝试。若select返回 -1，且errno不是EINTR（表示系统调用被信号中断，可重新调用），则可能存在系统错误影响连接检测。

4. getsockopt系统调用

• 使用方式及含义：
  • 可通过getsockopt获取套接字的一些选项信息来检测连接状态。例如，获取SO_ERROR选项，该选项返回与套接字关联的待处理错误。
  • 若getsockopt获取到的SO_ERROR值为0，表示套接字当前没有错误，连接可能正常。若获取到非0值，可根据具体错误码判断连接故障类型，如非0值为ECONNRESET等上述提到的连接故障错误码，即可判断连接出现相应故障。