linux网络编程中的errno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。