TCP-socket异常情况

在Unix下进行网络编程时，由于网络并非完全可靠，会遇到各种协议主流程外发生的各种错误。
而健壮的程序必须考虑到这些错误并正确处理，因此这里总结网络编程中可能发生的常见错误。

TCP异常流程

总体

应答超时

在握手，挥手以及消息传递的状态下，若当前发送的报文期待一个应答报文。在规定时间应答报文没有到达，发送方会重发两次报文(报文重发间隔可设置)。若重发三次后依旧没有收到应答，则向应用返回ETIMEOUT

目的不可达

若报文在传送的过程中，因为找不到路由路径，报文无法到达等引发了ICMP错误，发送方会按照上述的方式重发次报文。若重发结束后依旧没有收到应答，则向应用返回EHOSTUNREACH或者ENETUNREACH

禁止分片

在IPV4中，报文超过了MTU长度会导致分片，而其存在DF(Don't Fragment)标识，表示禁止分片。同时IPV6禁止路由器分片，因此在传送的过程中隐含DF位。在传送过程中设置了DF位而超过了MTU，则会向应用返回EMSGSIZE

阻塞时中断

在系统执行慢系统调用(可能被永远阻塞的系统调用)时阻塞，此时捕获到某个信号并进行了处理(系统对某些信号有默认处理方式)，在没有设置自动重启的情况下，会向应用返回EINTR。

一般应对EINTR的方式是简单的重新调用，但在connect返回EINTR时不能这么做,因为connect涉及三次握手的过程,需要使用getsockopt获取连接状态。

读写时RST

在调用read等阻塞时接收到对端RST信号时，会返回ECONNREST。同时对发送方断开的套接字写时也会返回ECONNRESET

写RST套接字

当进程向收到RST的套接字执行写操作的时候，内核向该进程发送一个SIGPIPE信号，该信号的默认行为是终止进程，因此进程必须捕获它以免不情愿的被终止

不论进程是捕捉了该信号并从信号处理函数中返回，还是简单忽略该信号，写操作都讲返回EPIPE错误

握手部分

首次握手服务端RST

在客户端第一次握手时，若服务端返回RST报文，立即向应用返回ECONNREFUSED

握手结束客户端RST

在较为繁忙的服务器中，可能出现上图客户端刚经历三次握手后随机发送RST报文的情况，posix指出这种情况errno设置为ECONNABORTED，只需要再次调用accept即可。

而在Berkeley的实现中，返回EPROTO错误，代表协议错误，是一种致命错误，由内核把该连接从已完成连接套接字队列中释放，若再次调用accept，则不会处理到本次请求，可能导致阻塞。

数据传送部分

服务端主机崩溃

由于客户端无法收到服务端的任何回应，会重发处理，最终向应用返回的情况可能为应答超时或目的不可达。

若想尽快的检测出主机崩溃，不主动发送数据也可做到，即套接字选项的SO_KEEPALIVE(类似心跳机制)

挥手部分

服务端进程终止或关机

服务端由于进程崩溃或者手动kill后，进程终止关闭所有打开的描述符。这导致了其向客户端发送了一个FIN，客户端则响应了一个ack，TCP挥手的前半部分完成，服务端不在发送数据。

但是此时客户端并不知道服务器端已经终止了。当客户端向服务器写数据的时候，由于服务器进程终止，所以响应了RST。

这种情况下可以由select或者poll检测到服务端的终止。

如果对端TCP发送数据，套接字可读，并且read返回一个大于0的值(读入字节数)
如果对端TCP发送了FIN(对端进程终止)，套接字可读，并且read返回0(EOF)
如果对端TCP发送RST(对端崩溃并重启)，套接字可读，并且read返回-1，errno中含有确切错误码

服务端终止后重启

由于重启后已经丢失了套接字连接信息，服务端对客户端的报文响应RST。若此时客户端读，则会返回ECONNRESET

套接字api异常情况

socket

errno	含义	可能情况	致命	解决
EACCES	权限不足		√
EAFNOSUPPORT	地址族不支持	参数错误	√
EINVAL	参数错误	未知协议或协议族不可用	√
EMFILE	打开的文件过多	进程级打开的fd达上限		ulimit -n 调整或等待资源释放
ENFILE	打开的文件过多	系统级打开的fd达上限		等待资源释放
ENOBUFS/ENOMEM	内存不足	Buffer或文件表无法创建		等待资源释放

bind

errno	含义	可能情况	致命	解决
EACCES	权限不足	申请保留端口且非root运行	√
EADDRINUSE	地址已被使用	绑定已使用地址或申请临时端口时已占满		临时端口已满时重试
EBADF	fd不可用	fd已关闭或参数非法	√
EINVAL	参数错误	套接字重复绑定或参数错误	√
ENOTSOCK	非套接字	fd参数错误	√

listen

errno	含义	可能情况	致命	解决
EADDRINUSE	地址已被使用	监听已监听端口或未bind至确定端口而申请临时端口时已占满		临时端口已满时重试
EBADF	fd不可用	fd已关闭或参数非法	√
ENOTSOCK	非套接字	fd参数错误	√
EOPNOTSUPP	操作不支持	只支持SOCK_STREAM类套接字(TCP)	√

accept

errno	含义	可能情况	致命	解决
EWOULDBLOCK/EAGAIN	资源暂时不可用	(非阻塞)队列中无完成握手的连接		重试或处理其他事务
EBADF	fd不可用	fd已关闭或参数非法	√
ECONNABORTED	连接已中断	见握手结束客户端RST		重试或处理其他事务
EFAULT	地址错误	addr参数没有指向用户可写空间	√
EINTR	调用中断	调用被信号中断		重试或处理其他事务
EINVAL	参数错误	套接字未在监听态或addrlen/flags错误	√
EMFILE	打开的文件过多	进程级打开的fd达上限		ulimit -n 调整或等待资源释放
ENFILE	打开的文件过多	系统级打开的fd达上限		等待资源释放
ENOMEM/ENOBUFS	内存不足	套接字buffer内存不足而非系统内存不足		等待资源释放

connect

errno	含义	可能情况	致命	解决
EACCES/EPERM	权限不足/操作未允许	未设置广播标记但连接广播地址或防火墙禁止连接	√
EADDRINUSE	本地地址已被使用			重试,等待资源释放
EADDRNOTAVAIL	地址不可用	未bind至确定端口而申请临时端口时已占满		重试,等待资源释放
EAFNOSUPPORT	地址族错误		√
EAGAIN	资源暂时不可用	无可用本地端口或路由缓存中无记录(?)		重试,等待资源释放
EALREADY	连接正在处理	(非阻塞)上一个连接还未结束处理,可能是对返回EINPROGRESS重新调用	√
EBADF	fd不可用	fd已关闭或参数非法	√
ECONNREFUSED	连接拒绝	给定远端未监听,或见首次握手服务端RST		重试
EFAULT	地址错误	地址指针超出用户空间	√
EINPROGRESS	操作正在进行	(非阻塞)connect无法立即完成		使用getsockopt判断连接是出错还是已完成
EINTR	调用中断	调用被信号中断		使用getsockopt判断连接是出错还是已完成
EISCONN	套接字已连接			使用getsockopt判断连接是出错还是已完成
ENETUNREACH	网络不可达	见目的不可达		重试
ENOTSOCK	非套接字	fd参数错误	√
EPROTOTYPE	套接字协议错误		√
ETIMEDOUT	连接超时	远端无应答,可能因为系统繁忙		重试

另附: 对connect下几种无法判断连接是否成功建立的处理方案的讨论http://www.madore.org/~david/...

EINTR/EINPROGRESS/EALREADY代表的情况

If connect() is interrupted by a signal that is caught while blocked waiting to establish a connection, connect() shall fail and set connect() to [EINTR], but the connection request shall not be aborted, and the connection shall be established asynchronously.
If the connection cannot be established immediately and O_NONBLOCK is set for the file descriptor for the socket, connect() shall fail and set errno to [EINPROGRESS], but the connection request shall not be aborted, and the connection shall be established asynchronously. Subsequent calls to connect() for the same socket, before the connection is established, shall fail and set errno to [EALREADY].

When the connection has been established asynchronously, select() and poll() shall indicate that the file descriptor for the socket is ready for writing.

read(只涉及套接字)

errno	含义	可能情况	致命	解决
EAGAIN/EWOULDBLOCK	操作将会阻塞	(非阻塞)Buffer空		重试
EBADF	fd不可用	fd已关闭或参数非法	√
EFAULT	地址错误	buffer超出用户空间	√
EINTR	调用中断	调用被信号中断		重试
EINVAL	参数错误	fd不可读	√

write(只涉及套接字)

errno	含义	可能情况	致命	解决
EAGAIN/EWOULDBLOCK	操作将会阻塞	(非阻塞)Buffer已满或空闲空间不足		重试
EBADF	fd不可用	fd已关闭或参数非法	√
EDESTADDRREQ	需要目的地址	套接字未连接	√
EFAULT	地址错误	buffer超出用户空间	√
EINTR	调用中断	调用被信号中断		重试
EINVAL	参数错误		√
EPIPE	管道错误	向读关闭的一端写,见写RST套接字	√