什么是套接字？Socket基本介紹

• 一、什么是套接字？
• 二、套接字特性
• 三、套接字緩沖區

一、什么是套接字？

套接字是一種通信機制（通信的兩方的一種約定），socket屏蔽了各個協議的通信細節，提供了tcp/ip協議的抽象，對外提供了一套接口，同過這個接口就可以統一、方便的使用tcp/ip協議的功能。這使得程序員無需關注協議本身，直接使用socket提供的接口來進行互聯的不同主機間的進程的通信。我們可以用套接字中的相關函數來完成通信過程。

發送方的發送數據的處理流程大致為：用戶空間 -> 內核 -> 網卡 -> 網絡

在用戶態空間，調用發送數據接口 send/sento/wirte 等寫數據包，在內核空間會根據不同的協議走不同的流程。以TCP為例，TCP是一種流協議，內核只是將數據包追加到套接字的發送隊列中，真正發送數據的時刻，則是由TCP協議來控制的。TCP協議處理完成之后會交給IP協議繼續處理，最后會調用網卡的發送函數，將數據包發送到網卡。

接收方的接收數據的處理流程大致為：網絡 -> 網卡 -> 內核(epoll等) -> 進程(業務處理邏輯)

網卡會通過輪詢或通知的方式接收數據，Linux做了優化，組合了通知和輪詢的機制，簡單來說，在CPU響應網卡中斷時，不再僅僅是處理一個數據包就退出，而是使用輪詢的方式繼續嘗試處理新數據包，直到沒有新數據包到來，或者達到設置的一次中斷最多處理的數據包個數。數據離開網卡驅動之后就進入到了協議棧，經過IP層、網絡層協議的處理，就會觸發IO讀事件，比如epoll的reactor模型中，就會觸發對應的讀事件，然后回調對應的IO處理函數，數據之后會交給業務線程來處理，比如Netty的數據接收處理流程就是這樣的。

二、套接字特性

套接字的特性有三個屬性確定，它們是：域（domain），類型（type），和協議（protocol）。
域：指定套接字通信中使用的網絡介質。最常見的套接字域是 AF_INET（IPv4）或者AF_INET6(IPV6)，它是指 Internet 網絡。
類型：

• 流套接字（SOCK_STREAM）：
  流套接字用于提供面向連接、可靠的數據傳輸服務。該服務將保證數據能夠實現無差錯、無重復發送，并按順序接收。流套接字之所以能夠實現可靠的數據服務，原因在于其使用了傳輸控制協議，即TCP
• 數據報套接字（SOCK_DGRAM）：
  數據報套接字提供了一種無連接的服務。該服務并不能保證數據傳輸的可靠性，數據有可能在傳輸過程中丟失或出現數據重復，且無法保證順序地接收到數據。數據報套接字使用UDP（User Datagram Protocol）協議進行數據的傳輸。
• 原始套接字（SOCK_RAW）：
  原始套接字與標準套接字（標準套接字指的是前面介紹的流套接字和數據報套接字）的區別在于：原始套接字可以讀寫內核沒有處理的IP數據包，而流套接字只能讀取TCP協議的數據，數據報套接字只能讀取UDP協議的數據。因此，如果要訪問其他協議發送數據必須使用原始套接字。

協議：IPPROTO_TCP，IPPROTO_UDP

三、套接字緩沖區

每個 socket 被創建后，都會分配兩個緩沖區，輸入緩沖區和輸出緩沖區。write()/send() 并不立即向網絡中傳輸數據，而是先將數據寫入緩沖區中，再由TCP協議將數據從緩沖區發送到目標機器。一旦將數據寫入到緩沖區，函數就可以成功返回，不管它們有沒有到達目標機器，也不管它們何時被發送到網絡，這些都是TCP協議負責的事情。read()/recv() 函數也是如此，也從輸入緩沖區中讀取數據，而不是直接從網絡中讀取。

用戶程序緩沖區
用戶進程通過系統調用訪問系統資源的時候，需要切換到內核態，而這對應一些特殊的堆棧和內存環境，必須在系統調用前建立好。而在系統調用結束后，cpu會從核心模式切回到用戶模式，而堆棧又必須恢復成用戶進程的上下文。而這種切換就會有大量的耗時。
一些程序在讀取文件時，會先申請一塊內存數組，稱為buffer，然后每次調用read，讀取設定字節長度的數據，寫入buffer（用較小的次數填滿buffer）。之后的程序都是從buffer中獲取數據，當buffer使用完后，在進行下一次調用，填充buffer。所以說：用戶緩沖區的目的是為了減少系統調用次數，從而降低操作系統在用戶態與核心態切換所耗費的時間。除了在進程中設計緩沖區，內核也有自己的緩沖區。
內核緩沖區
當一個用戶進程要從磁盤讀取數據時，內核一般不直接讀磁盤，而是將內核緩沖區中的數據復制到進程緩沖區中。但若是內核緩沖區中沒有數據，內核會把對數據塊的請求，加入到請求隊列，然后把進程掛起，為其它進程提供服務。等到數據已經讀取到內核緩沖區時，把內核緩沖區中的數據讀取到用戶進程中，才會通知進程。
你可以認為，read是把數據從內核緩沖區復制到進程緩沖區。write是把進程緩沖區復制到內核緩沖區。當然，write并不一定導致內核的寫動作，比如os可能會把內核緩沖區的數據積累到一定量后，再一次寫入。這也就是為什么斷電有時會導致數據丟失。所以說內核緩沖區，是為了在OS級別，提高磁盤IO效率，優化磁盤寫操作。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的什么是套接字？Socket基本介绍的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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