寫在前面： 最近在看nginx具體接口的實現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)一些網(wǎng)絡(luò)接口不是很熟悉，大概看了下Unix網(wǎng)絡(luò)編程，發(fā)現(xiàn)上面都有具體介紹。后續(xù)這段時間攻讀下這本教程。

記于 2018-1-30

第三章 ? 套接字編程簡介

1. IPv4套接字地址結(jié)構(gòu)

IPv4套接字地址結(jié)構(gòu)通常也稱為“”網(wǎng)際套接字地址結(jié)構(gòu)“”， 他以sockaddr_in命名， 定義在<netinet/in.h>中

struct in_addr{in_addr_t s_addr; //32-bit IPv4 address, network byte ordered};

struct sockaddr_in{uint8_t sin_len; //length of structure(16)sa_family_t sin_family; //AF_INETin_port_t sin_port; //16-bit TCP or UDP port numberstruct in_addr sin_addr; char sin_zero; //unused};

2. 通用套接字地址結(jié)構(gòu)

當(dāng)作為一個參數(shù)傳遞進任何套接字函數(shù)時， 套接字地址結(jié)構(gòu)總是以引用形式（也就是指向該結(jié)構(gòu)的指針）來傳遞，然而以這樣的指針作為參數(shù)之一的任何套接字函數(shù)必須處理來自所支持的任何協(xié)議族的套接字地址結(jié)構(gòu)

//<sys/socket.h>struct sockaddr { uint8_t sa_len; sa_family_t sa_family; //address family:AF_xxx value char sa_data[14]; //portocol-specific address };

3. IPv6 套接字地址結(jié)構(gòu)

//<netinet/in.h> struct in6_addr{ uint8_t s6_addr[16]; //128-bit IPv6 address network byte ordered };#define SIN6_LEN; //required for compile-time testsstruct sockaddr_in6{ uint8_t sin6_len; //length of this struct sa_family_t sin6_family; //AF_INET6 in_port_t sin6_port; //transport layer port//network byte ordered uint32_t sin6_flowinfo; //flow information undefined struct in6_addr sin6_addr; //IPv6 address uint32_t sin6_scope_id; //set of interfaces for a scope };

4. 套接字地址結(jié)構(gòu)是在進程和內(nèi)核之間傳遞的

從進程到內(nèi)核傳遞套接字地址結(jié)構(gòu)的函數(shù)有3個：bind 、connect、sendto

從內(nèi)核到進程傳遞套接字地址結(jié)構(gòu)的函數(shù)有4個： accept、recvfrom、getsockname、getpeername

5. 術(shù)語“小端”和“大端”表示多個字節(jié)值的哪一端（小端或大端）存儲在該值的起始位置

我們把某個給定系統(tǒng)所用的字節(jié)序稱為主機字節(jié)序(host byte order)

主機字節(jié)序和網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序轉(zhuǎn)換函數(shù)

#include<netinet/in.h>uint16_t htons(uint16_t host16bitvalue); uint32_t htonl(uint32_t host32bitvalue);//均返回：網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序的值uint16_t ntohs(uint16_t net16bitvalue); uint32_t ntohl(uint32_t net32bitvalue);//均返回：主機字節(jié)序的值其中： h代表host, n代表network， s 代表short, l 代表long

6. 字節(jié)操作函數(shù)

名字以b開頭的函數(shù)起源于4.2BSD, 名字以mem（表示內(nèi)存）開頭的函數(shù)起源于ANSI C標(biāo)準(zhǔn)

下面是Berkeley函數(shù)：

#include<strings.h>void bzero(void* dest, size_t nbytes); void bcopy(const void* src, void* dest, size_t nbytes); void bcmp(const void* ptr1, const void* ptr2, size_t nbytes); //返回：若相等則為0， 否則為非0

下面是ANSI C函數(shù)：

#include<string.h>void* memset(void* dest, int c, size_t len); void* memcpy(void* dest, const void* src, size_t nbytes); int memcmp(const void* ptr1, const void* ptr2, size_t nbytes); //若相等則為0，否則為>0或<0

7. inet_aton 、inet_addr、 inet_ntoa 函數(shù)

#include<arpa/inet.h>int inet_aton(const char* strptr, struct in_addr* addrptr); //返回：若字符串有效則為1， 否則為0in_addr_t inet_addr(const char* strptr); //返回：若字符串有效則為32位二進制網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序的IPv4地址，否則為INADDR_NONEchar* inet_ntoa(struct in_addr inaddr); //返回：指向一個點分十進制數(shù)串的指針

inet_aton將strptr所指C字符串轉(zhuǎn)換成一個32位的網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序二進制值，并通過指針addrptr來存儲。

8. inet_pton 和 inet_ntop 函數(shù)

這兩個函數(shù)是隨IPv6出現(xiàn)的新函數(shù)。函數(shù)名中p和n分別代表表達(dá)（presentation）和數(shù)值（numeric）。

地址的表達(dá)式格式通常是ANSII字符串，數(shù)值格式則是存放到套接字地址結(jié)構(gòu)中的二進制值

#include<arpa/inet.h>int inet_pton(int family, const char* strptr, void* addrptr); //返回：若成功則為1， 若輸入不是有效的表達(dá)式格式則為0， 若出錯則為-1const char* inet_ntop(int family, const void* addrptr, char* strptr, size_t len); //返回：若成功則為指向結(jié)果的指針，若出錯則為NULL

注： 表達(dá)格式就是 點分十進制格式， 數(shù)值格式就是in_addr{} 格式

表達(dá)格式就是在一個IPv4 的點分十進制數(shù)串之后，或者在一個括以方括號的IPv6地址的十六進制數(shù)串格式之后，跟一個終止符（分號），再跟一個十進制的端口號，最后跟一個空字符。

因此，緩沖區(qū)大小對于IPv4至少為INET_ADDRSTRLEN加上6個字節(jié)（16+6=22），對于IPv6至少為INET6_ADDRSTRLEN加上8個字節(jié)（46+8=54）

9. sock_ntop和相關(guān)函數(shù)

#include"unp.h" char* sock_ntop(const struct sockaddr* sockaddr, socklen_t addlen);

sockaddr指向一個長度為addrlen的套接字地址結(jié)構(gòu)。

10. 字節(jié)流套接字

字節(jié)流套接字（如TCP套接字）上的read和write函數(shù)所表現(xiàn)的行為不同于通常的文件I/O， 字節(jié)流套接字上調(diào)用read和write輸入或輸出的字節(jié)數(shù)可能比請求的數(shù)量少，然而這不是出錯的狀態(tài)，這個現(xiàn)象的原因在于內(nèi)核中用于套接字的緩沖區(qū)可能已經(jīng)達(dá)到了極限。此時所需的是調(diào)用者再次調(diào)用read和write函數(shù)。

第四章 ? 基本TCP套接字編程

1. socket函數(shù)

#include<sys/socket.h>int socket(int family, int type, int portocol); //返回：若成功則為非負(fù)描述符，若出錯則為-1

family 參數(shù)指明協(xié)議族， type指明套接字類型。 protocol設(shè)為某個協(xié)議類型常值，或者設(shè)為0

family	說明
AF_INET	IPv4協(xié)議
AF_INET6	IPv6協(xié)議
AF_LOCAL	UNIX域協(xié)議
AF_ROUTE	路由套接字
AF_KEY	秘鑰套接字

type	說明
SOCK_STREAM	字節(jié)流套接字
SOCK_DGRAM	數(shù)據(jù)報套接字
SOCK_SEQPACKET	有序分組套接字
SOCK_RAW	原始套接字

protocol	說明
IPPROTO_TCP	TCP傳輸協(xié)議
IPPROTO_UDP	UDP傳輸協(xié)議
IPPROTO_SCTP	STCP傳輸協(xié)議

2. connect函數(shù)

#include<sys/socket.h> int connect(int sockfd, const struct sockaddr* seraddr, socklen_t addrlen);

返回： 若成功則為0， 若出錯則為-1

按照TCP狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，connect函數(shù)導(dǎo)致當(dāng)前套接字從CLOSED 狀態(tài)（該套接字自從由socket函數(shù)創(chuàng)建以來一直所處的狀態(tài)）轉(zhuǎn)移到SYN_SENT狀態(tài)，若成功則再轉(zhuǎn)移到ESTABLISHED狀態(tài)。

若connect失敗則該套接字不再可用，必須關(guān)閉，我們不能對這樣的套接字再次調(diào)用connect函數(shù)。

3. bind函數(shù)

bind函數(shù)把一個本地協(xié)議地址賦予一個套接字

?

#include<sys/socket.h> int bind(int sockfd, const struct sockaddr* myaddr, socklen_t addrlen);

對于TCP, 調(diào)用bind函數(shù)可以指定一個端口號，或指定一個IP地址，也可以兩者都指定，還可以都不指定

如果一個TCP客戶或者服務(wù)器未曾調(diào)用bind捆綁一個端口，當(dāng)調(diào)用connect或listen時，內(nèi)核就要為相應(yīng)的套接字選擇一個臨時端口。讓內(nèi)核來選擇臨時端口對于TCP客戶來說是正常的，除非應(yīng)用需要一個預(yù)留端口。

進程指定	?	結(jié)果
IP地址	端口	?
通配地址	0	內(nèi)核選擇IP地址和端口
通配地址	非0	內(nèi)核選擇IP地址， 進程指定端口
本地IP地址	0	進程指定IP地址，內(nèi)核選擇端口
本地IP地址	非0	進程指定IP地址和端口

4. listen函數(shù)

根據(jù)TCP狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，調(diào)用listen導(dǎo)致套接字從CLOSED狀態(tài)轉(zhuǎn)換到LISTEN狀態(tài)

#include<sys/socket.h> int listen(int sockfd, int backlog); //返回：若成功返回0，失敗返回-1

內(nèi)核為任何一個給定的監(jiān)聽套接字維護兩個隊列：

* 未完成連接隊列

* 已完成連接隊列

5. accept函數(shù)

accept函數(shù)由TCP服務(wù)器調(diào)用，用于從已完成連接隊列頭返回下一個已完成連接

#include<sys/socket.h> int accept(int sockfd, struct sockaddr* cliaddr, socklen_t* addrlen);//返回：若成功則為非負(fù)描述符，若出錯則為-1

cliaddr 和addrlen 用來返回對方進程（客戶）的協(xié)議地址。也就是返回客戶端的IP地址

我們稱第一個參數(shù)sockfd為監(jiān)聽套接字（listening socket）描述符（由socket創(chuàng)建，隨后用作bind和listen的第一個參數(shù)的描述符）

稱它的返回值為已連接套接字（connected socket）描述符。

一個服務(wù)器通常僅僅創(chuàng)建一個監(jiān)聽套接字，它在該服務(wù)器的生命期內(nèi)一直存在。內(nèi)核為每個由服務(wù)器進程接收的客戶創(chuàng)建一個已連接套接字（也就是說對于它的三次握手過程已經(jīng)完成）。當(dāng)服務(wù)器完成對某個給定客戶的服務(wù)時，相應(yīng)的已連接套接字就會關(guān)閉。

如果accept函數(shù)的第二個和第三個參數(shù)都是空指針，表示我們隊客戶的身份不感興趣

6. fork和exec函數(shù)

#include<unistd.h> pid_t fork();返回：在子進程中為0，在父進程中為子進程Id, -1--出錯

fork函數(shù)調(diào)用一次，返回兩次。

在調(diào)用進程（成為父進程），它返回一次，返回值是新派生進程（成為子進程）的進程ID；在子進程它還返回一次，返回值為0.

因此可以用返回值來判斷當(dāng)前進程是子進程還是父進程

fork 在子進程返回0而不是父進程ID，原因是：子進程只有一個父進程，它總是可以調(diào)用getppid來得到

fork有兩個典型應(yīng)用：

1. 一個進程可以為自己創(chuàng)建一個拷貝，這樣，當(dāng)一個拷貝處理一個操作時，其他的拷貝可以執(zhí)行其他的任務(wù)。這是非常典型的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器

2. 一個進程想執(zhí)行其他的程序，由于創(chuàng)建進程的唯一方法是調(diào)用fork，進程首先調(diào)用fork來生成一個拷貝，然后其中一個拷貝（通常為子進程）調(diào)用exec來代替自己去執(zhí)行新程序。

#include<unistd.h> int execve(const char* pathname, char* argv[], char* const envp[] );返回：-1--出錯， 無返回--成功

7. close函數(shù)

#include<unistd.h> int close(int sockfd);return: 0-ok, -1--error

8. getsockname 和getpeername函數(shù)

#include<sys/socket.h> int getsockname(int sockfd, struct sockaddr* localaddr, socklen_t* addrlen); int getpeername(int sockfd, struct sockaddr* peeraddr, socklen_t* addrlen);return : 0-ok, -1-error

getsockname ： 返回與套接字關(guān)聯(lián)的本地協(xié)議地址

getpeername:? 返回與套接字關(guān)聯(lián)的遠(yuǎn)程協(xié)議地址

當(dāng)一個服務(wù)器由調(diào)用accept的進程調(diào)用exec啟動執(zhí)行時，它獲得客戶身份的唯一途徑就是調(diào)用getpeername

第七章 套接字選項

7.1 概述??

有很多方法來獲取和設(shè)置影響套接字接口的選項

* getsockopt 和setsockopt

* fcntl

* ioctl

7.2 getsockopt 和setsockopt 函數(shù)

#include<sys/socket.h> int getsockopt(int sockfd, int level, int optname, void* optval, socklen_t* optlen);int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, const void* optval, socklen_t* optlen);return : 0-ok, -1-error

sockfd: 指向一個打開的套接字描述符

level：

????? ? SOL_SOCKET :?

????????IPPROTO_TCP :?

optname:?

????SO_REUSEADDR :? 允許重用本地地址

????SO_REUSEPORT ：?允許重用本地地址

????SO_KEEPALIVE :? 如果2 小時內(nèi)在此套接字的任一方向都沒有數(shù)據(jù)交換，TCP就自動給對方發(fā)一個keepalive probe

????SO_RCVBUF ： 接收緩沖區(qū)大小

????SO_SNDBUF：發(fā)送緩沖區(qū)大小

????SO_SETFIB :?

????SO_SNDLOWAT ： 發(fā)送低潮限度， select函數(shù)使用

????SO_ACCEPTFILTER :?

????SO_UPDATE_ACCEPT_CONTEXT

????SO_BINDANY ：?

????SO_LINGER ： 若有數(shù)據(jù)待發(fā)送則延遲關(guān)閉

????TCP_FASTOPEN :?

????TCP_NODELAY :? ? ?禁止Nagle 算法

????TCP_DEFER_ACCEPT :?

????TCP_NOPUSH

????TCP_CORK

????IP_RECVDSTADDR :? 返回目的ip地址

????IP_PKTINFO :? ??

????IP_BIND_ADDRESS_NO_PORT ：?

????IP_TRANSPARENT ：?

????IPV6_RECVPKTINFO :?

????IPV6_V6ONLY：?

????IPV6_TRANSPARENT：?

????IPV6_BINDANY ：?

? ? 管道的容量稱為帶寬-延遲積（bandwidth-delay product）, 我們可以將帶寬（位/秒）乘上RTT（秒），并將結(jié)果由位轉(zhuǎn)換成字節(jié)來計算得到。

超強干貨來襲 云風(fēng)專訪：近40年碼齡，通宵達(dá)旦的技術(shù)人生

總結(jié)

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