Одновременное чтение / запись сокетов ("full-duplex") в Linux (специально для aio)

Question

Я портирую приложение, созданное поверх платформы ACE Proactor.Приложение отлично работает как для VxWorks, так и для Windows, но не может это сделать в Linux (CentOS 5.5, WindRiver Linux 1.4 и 3.0) с ядром 2.6.XX - с использованием librt.

Я сузил проблему доочень простая проблема: приложение начинает асинхронную (через aio_read) операцию чтения в сокете, а затем начинает асинхронную (через aio_write) запись в тот же сокет.Операция чтения еще не может быть выполнена, поскольку протокол инициализируется с конца приложения.- Когда сокет находится в режиме блокировки, запись никогда не достигается и протокол "зависает".- При использовании сокета O_NONBLOCK запись завершается успешно, но чтение возвращается на неопределенное время с ошибкой «EWOULDBLOCK / EAGAIN», которая никогда не восстанавливается (даже если операция AIO перезапускается).

Я прошел несколько форумов и могне могу найти однозначного ответа на вопрос, должно ли это работать (а я делаю что-то не так) или невозможно с Linux AIO.Возможно ли, если я отброшу AIO и найду другую реализацию (через epoll / poll / select и т. Д.)?

В приложении приведен пример кода, чтобы быстро воспроизвести проблему на неблокирующем сокете:

#include <aio.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <netdb.h>
#include <string.h> 
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <assert.h>
#include <errno.h>

#define BUFSIZE (100)

// Global variables
struct aiocb *cblist[2];
int theSocket;

void InitializeAiocbData(struct aiocb* pAiocb, char* pBuffer)
{
    bzero( (char *)pAiocb, sizeof(struct aiocb) );

    pAiocb->aio_fildes = theSocket;
    pAiocb->aio_nbytes = BUFSIZE;
    pAiocb->aio_offset = 0;
    pAiocb->aio_buf = pBuffer;
}

void IssueReadOperation(struct aiocb* pAiocb, char* pBuffer)
{
    InitializeAiocbData(pAiocb, pBuffer);

    int ret = aio_read( pAiocb );
    assert (ret >= 0);
}

void IssueWriteOperation(struct aiocb* pAiocb, char* pBuffer)
{
    InitializeAiocbData(pAiocb, pBuffer);

    int ret = aio_write( pAiocb );
    assert (ret >= 0);
}

int main()
{
    int ret;
    int nPort = 11111;
    char* szServer = "10.10.9.123";

    // Connect to the remote server
    theSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    assert (theSocket >= 0);

    struct hostent *pServer;
    struct sockaddr_in serv_addr;
    pServer = gethostbyname(szServer);

    bzero((char *) &serv_addr, sizeof(serv_addr));
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_port = htons(nPort);
    bcopy((char *)pServer->h_addr, (char *)&serv_addr.sin_addr.s_addr, pServer->h_length);

    assert (connect(theSocket, (const sockaddr*)(&serv_addr), sizeof(serv_addr)) >= 0);

    // Set the socket to be non-blocking
    int oldFlags = fcntl(theSocket, F_GETFL) ;
    int newFlags = oldFlags | O_NONBLOCK;

    fcntl(theSocket, F_SETFL, newFlags);
    printf("Socket flags: before=%o, after=%o\n", oldFlags, newFlags);

    // Construct the AIO callbacks array
    struct aiocb my_aiocb1, my_aiocb2;
    char* pBuffer = new char[BUFSIZE+1];

    bzero( (char *)cblist, sizeof(cblist) );
    cblist[0] = &my_aiocb1;
    cblist[1] = &my_aiocb2;

    // Start the read and write operations on the same socket
    IssueReadOperation(&my_aiocb1, pBuffer);
    IssueWriteOperation(&my_aiocb2, pBuffer);

    // Wait for I/O completion on both operations
    int nRound = 1;
    printf("\naio_suspend round #%d:\n", nRound++);
    ret = aio_suspend( cblist, 2, NULL );
    assert (ret == 0);

    // Check the error status for the read and write operations
    ret = aio_error(&my_aiocb1);
    assert (ret == EWOULDBLOCK);

    // Get the return code for the read
    {
        ssize_t retcode = aio_return(&my_aiocb1);
        printf("First read operation results: aio_error=%d, aio_return=%d  -  That's the first EWOULDBLOCK\n", ret, retcode);
    }

    ret = aio_error(&my_aiocb2);
    assert (ret == EINPROGRESS);
    printf("Write operation is still \"in progress\"\n");

    // Re-issue the read operation
    IssueReadOperation(&my_aiocb1, pBuffer);

    // Wait for I/O completion on both operations
    printf("\naio_suspend round #%d:\n", nRound++);
    ret = aio_suspend( cblist, 2, NULL );
    assert (ret == 0);

    // Check the error status for the read and write operations for the second time
    ret = aio_error(&my_aiocb1);
    assert (ret == EINPROGRESS);
    printf("Second read operation request is suddenly marked as \"in progress\"\n");

    ret = aio_error(&my_aiocb2);
    assert (ret == 0);

    // Get the return code for the write
    {
        ssize_t retcode = aio_return(&my_aiocb2);
        printf("Write operation has completed with results: aio_error=%d, aio_return=%d\n", ret, retcode);
    }

    // Now try waiting for the read operation to complete - it'll just busy-wait, receiving "EWOULDBLOCK" indefinitely
    do
    {
        printf("\naio_suspend round #%d:\n", nRound++);
        ret = aio_suspend( cblist, 1, NULL );
        assert (ret == 0);

        // Check the error of the read operation and re-issue if needed
        ret = aio_error(&my_aiocb1);
        if (ret == EWOULDBLOCK)
        {
            IssueReadOperation(&my_aiocb1, pBuffer);
            printf("EWOULDBLOCK again on the read operation!\n");
        }
    }
    while (ret == EWOULDBLOCK);
}

Заранее спасибо, Йотам.

Answer 1

Во-первых, O_NONBLOCK и AIO не смешиваются.AIO сообщит о завершении асинхронной операции, когда соответствующие read или write не будут заблокированы - и при O_NONBLOCK они никогда не заблокируют , поэтому запрос aio всегда будет выполнен немедленно(с aio_return(), дающим EWOULDBLOCK).

Во-вторых, не используйте один и тот же буфер для двух одновременных невыполненных запросов aio.Буфер должен считаться полностью закрытым между временем, когда был выдан запрос aio, и когда aio_error() сообщает вам, что он завершен.

В-третьих, запросы AIO к одному и тому же дескриптору файла ставятся в очередь, чтобыразумные результаты.Это означает, что ваша запись не произойдет до тех пор, пока чтение не завершится - если вам нужно записать данные в первую очередь, вы должны выполнить AIO в обратном порядке.Следующее будет работать нормально, без , настройка O_NONBLOCK:

struct aiocb my_aiocb1, my_aiocb2;
char pBuffer1[BUFSIZE+1], pBuffer2[BUFSIZE+1] = "Some test message";

const struct aiocb *cblist[2] = { &my_aiocb1, &my_aiocb2 };

// Start the read and write operations on the same socket
IssueWriteOperation(&my_aiocb2, pBuffer2);
IssueReadOperation(&my_aiocb1, pBuffer1);

// Wait for I/O completion on both operations
int nRound = 1;
int aio_status1, aio_status2;
do {
    printf("\naio_suspend round #%d:\n", nRound++);
    ret = aio_suspend( cblist, 2, NULL );
    assert (ret == 0);

    // Check the error status for the read and write operations
    aio_status1 = aio_error(&my_aiocb1);
    if (aio_status1 == EINPROGRESS)
        puts("aio1 still in progress.");
    else
        puts("aio1 completed.");

    aio_status2 = aio_error(&my_aiocb2);

    if (aio_status2 == EINPROGRESS)
        puts("aio2 still in progress.");
    else
        puts("aio2 completed.");
} while (aio_status1 == EINPROGRESS || aio_status2 == EINPROGRESS);

 // Get the return code for the read
ssize_t retcode;
retcode = aio_return(&my_aiocb1);
printf("First operation results: aio_error=%d, aio_return=%d\n", aio_status1, retcode);

retcode = aio_return(&my_aiocb1);
printf("Second operation results: aio_error=%d, aio_return=%d\n", aio_status1, retcode);

В качестве альтернативы, если вам не нужны операции чтения и записи по порядку относительно друг друга, вы можете использоватьdup() для создания двух файловых дескрипторов для сокета и использования одного для чтения, а другого для записи - для каждого из них операции AIO ставятся в очередь отдельно.