[apue] 如何处理 tcp 紧急数据(OOB)?

在上大学的时候,我们可能就听说了OOB(Out Of Band 带外数据,又称紧急数据)这个概念。

当时老师给的解释就是在当前处理的数据流之外的数据,用于紧急的情况。然后就没有然后了……

毕业这么多年了,回想一下,还真是没有接触过OOB的场景,更没有实地发送、接收过OOB。

那么到底该怎样处理OOB呢?OOB在所谓的紧急情况下是否有用呢?下面一一道来。

 

首先产生OOB是非常简单的,只需要在寻常send的最后一个参数,加入MSG_OOB标志位:

ret = send (sockfd, ptr, n, MSG_OOB);

如果考虑一个完整的测试场景,需要有惯常数据,中间夹带OOB数据,这样才能比较好的测试接收端是否能正确的区分他们,

所以客户端可以写成这样:

 1     strcpy(buf, "abcdefghijklmn"); 
 2     char const* ptr = buf; 
 3     if ((ret = send (sockfd, ptr, 2, 0)) < 0)
 4         err_sys ("send normal head failed"); 
 5     else 
 6         printf ("send normal head %d\n", ret); 
 7 
 8     ptr += 2; 
 9     n = 1; 
10     if ((ret = send (sockfd, ptr, n, MSG_OOB)) < 0)
11         err_sys ("send oob failed"); 
12     else 
13         printf ("send oob %d\n", ret); 
14 
15     ptr += n; 
16     if ((ret = send (sockfd, ptr, 2, 0)) < 0)
17         err_sys ("send normal tail failed"); 
18     else 
19         printf ("send normal tail %d\n", ret); 

算法比较简单,先发送2字节惯常数据,接着1字节OOB,最后2字节惯常数据结尾。

需要注意的是,目前只有TCP支持OOB,UDP没所谓顺序,更没所谓带内带外之分,所以也没有OOB;

另外TCP目前大多数实现只支持1字节OOB,大于1字节的OOB,只有最后一字节会被当为OOB处理,之前的作为普通数据。

 

然后我们来说一下接收OOB的三种方法:

1. 使用SIGURG信号专门处理OOB

这种方法是将OOB与惯常数据分开处理,具体步骤如下:

a) 进程起始时,建立SIGURG信号处理器

1     struct sigaction sa; 
2     sa.sa_handler = on_urg; 
3     sa.sa_flags |= SA_RESTART; 
4     sigemptyset (&sa.sa_mask); 
5     sigaction (SIGURG, &sa, NULL); 

b) 建立新连接时,设置连接句柄的信号处理进程(为当前进程)

1 fcntl (clfd, F_SETOWN, getpid ()); 

c) 在信号处理器中使用MSG_OOB接收带外数据

 1 int g_fd = 0; 
 2 void on_urg (int signo)
 3 {
 4     int ret = 0; 
 5     char buf[BUFLEN] = { 0 }; 
 6     ret = recv (g_fd, buf, sizeof (buf), MSG_OOB); 
 7     if (ret > 0)
 8         buf[ret] = 0; 
 9     else 
10         strcpy (buf, "n/a"); 
11 
12     printf ("got urgent data on signal %d, len %d, %s\n", signo, ret, buf); 
13 
14 }

d) 惯常数据,可以在主处理流程中使用不带MSG_OOB的recv,像以前那样处理

1         ret = recv (clfd, buf, sizeof(buf), 0); 
2         if (ret > 0)
3             buf[ret] = 0; 
4         else 
5             strcpy (buf, "n/a"); 
6 
7         printf ("recv %d: %s\n", ret, buf); 

由于惯常数据的接收,会被OOB打断,因此这里可能需要一个循环,不断接收惯常数据。

下面是方法1的接收输出:

hostname length: 64
get hostname: localhost.localdomain
setup SIGURG for oob data
setown to 31793
got urgent data on signal 23, len 1, c
recv 2: ab
has oob!
recv -1: n/a
recv 2: de
write back 70
recv 2: ab
recv 2: ab
got urgent data on signal 23, len 1, c
has oob!
recv -1: n/a
recv 2: de
write back 70
recv 2: ab
no oob!
got urgent data on signal 23, len 1, c
recv 2: de
write back 70
recv 2: ab
recv 2: ab
got urgent data on signal 23, len 1, c
has oob!
recv -1: n/a
recv 2: de
write back 70
^C

 可以看到信号处理器中接收到的总是OOB数据'c',而普通recv只能读到非OOB数据'a''b''d''e'。而且普通数据的接收,会被OOB数据打断成两块,无法一次性读取。

 

2.使用SO_OOBINLINE标志位将OOB作为惯常数据处理

这种方法是将OOB数据当作惯常数据接收,在接收前通过判断哪些是普通数据哪些是OOB数据,具体步骤如下:

a) 新连接建立时,设置套接字选项SO_OOBINLINE

1 setsockopt (fd, SOL_SOCKET, SO_OOBINLINE, &oil, sizeof (oil));

b) 在接收数据前,先判断下一个字节是否为OOB,如果是,则接收1字节OOB数据(注意不使用MSG_OOB标志)

 1         if (sockatmark (clfd))
 2         {
 3             printf ("has oob!\n"); 
 4             ret = recv (clfd, buf, sizeof(buf), 0); 
 5             if (ret > 0)
 6                 buf[ret] = 0; 
 7             else 
 8                 strcpy (buf, "n/a"); 
 9 
10             printf ("recv %d: %s\n", ret, buf); 
11         }
12         else 
13             printf ("no oob!\n"); 

这里sockatmark当下个字节为OOB时返回1,否则返回0。

c) 如果不是,按惯常数据接收

1         ret = recv (clfd, buf, sizeof(buf), 0); 
2         if (ret > 0)
3             buf[ret] = 0; 
4         else 
5             strcpy (buf, "n/a"); 
6 
7         printf ("recv %d: %s\n", ret, buf); 

同理,由于惯常数据会被OOB打断,上述代码总是可以正确的分离OOB与普通数据。

下面是方法2的接收输出:

hostname length: 64
get hostname: localhost.localdomain
setown to 31883
recv 2: ab
no oob!
recv 3: cde
write back 70
recv 2: ab
has oob!
recv 1: c
recv 2: de
write back 70
recv 2: ab
has oob!
recv 1: c
recv 2: de
write back 70
recv 2: ab
no oob!
recv 3: cde
write back 70
recv 2: ab
has oob!
recv 1: c
recv 2: de
write back 70
^C

 可以看出,有时候OOB数据不能被正常的识别,会被当作普通数据处理掉。而且这种方式也不能体现OOB紧急的意义,没有给予它优先的处理权。

 

3.使用 select/epoll 多路事件分离

这种方法是利用select或epoll,将OOB数据作为exception事件与普通数据的read事件相分离,这里以select为例:

a) 建立 select 事件处理循环

1     for (;;) { 
2         // must set it in every loop.
3         memcpy (&rdds, &cltds, sizeof (cltds)); 
4         memcpy (&exds, &cltds, sizeof (cltds)); 
5         FD_SET(sockfd, &rdds); 
6         ret = select (FD_SIZE+1, &rdds, NULL, &exds, NULL); 
7         ……
8     }

b) 建立连接时,将连接fd加入待监听fd_set

 1             if (FD_ISSET(clfd, &rdds))
 2             {
 3                if (clfd == sockfd)
 4                {
 5                    // the acceptor
 6                     printf ("poll accept in\n"); 
 7                     clfd = accept (sockfd, NULL, NULL); 
 8                     if (clfd < 0) { 
 9                         printf ("accept error: %d, %s\n", errno, strerror (errno)); 
10                         exit (1); 
11                     }
12 
13                     print_sockopt (clfd, "new accepted client"); 
14                     // remember it
15                     FD_SET(clfd, &cltds); 
16                     printf ("add %d to client set\n", clfd); 
17                } 
18                else 
19                {
20                     ……
21                }
22             }            

c) 连接上有数据到达时,如果是read事件,使用recv接收数据

 1             if (FD_ISSET(clfd, &rdds))
 2             {
 3                if (clfd == sockfd)
 4                {
 5                    ……
 6                } 
 7                else 
 8                {
 9                    // the normal client
10                    printf ("poll read in\n"); 
11                    ret = recv (clfd, buf, sizeof(buf), 0); 
12                    if (ret > 0)
13                        buf[ret] = 0; 
14                    else 
15                        sprintf (buf, "errno %d", errno); 
16 
17                    printf ("recv %d from %d: %s\n", ret, clfd, buf); 
18                    if (ret <= 0) {
19                        FD_CLR(clfd, &cltds); 
20                        printf ("remove %d from client set\n", clfd); 
21                    }
22                }
23             }

d) 如果是exception事件,使用recv(..,MSG_OOB)接收带外数据

 1             if (FD_ISSET(clfd, &exds))
 2             {
 3                 // the oob from normal client
 4                 printf ("poll exception in\n"); 
 5                 if (sockatmark (clfd))
 6                 {
 7                     printf ("has oob!\n"); 
 8                     ret = recv (clfd, buf, 1, MSG_OOB); 
 9                     if (ret > 0)
10                         buf[ret] = 0; 
11                     else 
12                        sprintf (buf, "errno %d", errno); 
13 
14                     printf ("recv %d from %d on urgent: %s\n", ret, clfd, buf); 
15                     if (ret > 0) {
16                         // let clfd cleared in sig_cld
17                        do_uptime (clfd); 
18                     }
19                     else 
20                     {
21                         FD_CLR(clfd, &cltds); 
22                         printf ("remove %d from client set\n", clfd); 
23                     }
24                 }
25                 else 
26                     printf ("no oob!\n"); 
27             }

此时,仍可使用sockatmark来判断是否为OOB数据,另外,如果在连接建立时设定了OOB_INLINE标志位,则此处应使用不带MSG_OOB的recv接收数据,

因为OOB数据已经被当作惯常数据来处理了,此处与方法2是一致的。

下面是方法3的输出:

setup handler for SIGCHLD ok
hostname length: 64
get hostname: localhost.localdomain
got event 1
poll accept in
add 4 to client set
got event 2
poll read in
recv 2 from 4: ab
poll exception in
has oob!
recv 1 from 4 on urgent: c
start worker process 4511
goto serve next client..
got event 1
poll read in
recv 2 from 4: de
got event 1
poll accept in
add 5 to client set
got event 2
poll read in
recv 2 from 5: ab
poll exception in
has oob!
recv 1 from 5 on urgent: c
start worker process 4513
goto serve next client..
got event 1
poll read in
recv 2 from 5: de
got event 1
poll accept in
add 6 to client set
got event 2
poll read in
recv 2 from 6: ab
poll exception in
has oob!
recv 1 from 6 on urgent: c
start worker process 4516
goto serve next client..
got event 1
poll read in
recv 2 from 6: de
SIGCHLD received
wait child 4511 return 0
find clfd 4 for that pid
remove 4 from client set
interrupted by signal, some child process done ?
SIGCHLD received
wait child 4513 return 0
find clfd 5 for that pid
remove 5 from client set
interrupted by signal, some child process done ?
SIGCHLD received
wait child 4516 return 0
find clfd 6 for that pid
remove 6 from client set
interrupted by signal, some child process done ?
^C

需要注意的是,在某些场景下,OOB会被识别为惯常数据,此时exception事件在处理时将得不到OOB数据,不过这有一定的随机性,不是每次都能复现。

 

 

最后,总结一下OOB这个功能。

这么多年来没有遇到OOB的处理,可能本身就说明了大家对它的态度——就是挺鸡肋的一功能,

而且即使真的需要紧急处理了,1字节的限制也导致不能传递什么更多的信息,且本身OOB的处理又有些复杂和局限性,

例如使用信号处理器,如果有多个连接,我怎么知道是哪个连接上的OOB?

如果使用SO_OOBINLINE,OOB被当作普通数据,这里面如果有个结构体被生生插入一个OOB字节,

而且还没有正确识别出来,这里面的对齐问题可要了老命了。

 

 

所以最后的结论是:OOB是过时的,请不要使用它

 

测试程序1

测试程序2

测试程序3

 

posted @ 2019-11-04 17:35  goodcitizen  阅读(...)  评论(... 编辑 收藏