計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

參考:TCP三次握手詳解.

OSI模型

簡單分層：

其中，鏈路層還可以分出物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。應(yīng)用層可以分出會話層，表示層和應(yīng)用層。

七層模型：

• 鏈路層：只是物理的比特流和簡單封裝的數(shù)據(jù)幀

• 網(wǎng)絡(luò)層：主要任務(wù)是，通過路由選擇算法，為報文通過通信子網(wǎng)選擇最適當(dāng)?shù)穆窂?。也就是通過ip地址來尋址，對應(yīng)的協(xié)議是IP協(xié)議。

  而ICMP，是基于IP協(xié)議的一種協(xié)議，但是按功能劃分屬于網(wǎng)絡(luò)層，而不是自下而上分到傳輸層。該協(xié)議主要用于確認(rèn)IP包是否成功到達(dá)目標(biāo)地址，以及返回在發(fā)送過程中IP地址被丟棄的原因。

  ARP協(xié)議，也是網(wǎng)絡(luò)層的，就是用來將ip地址解析成物理mac地址的，并將ip和mac關(guān)聯(lián)存在ARP緩存表的協(xié)議，以便之后再訪問，就不用再解析了。

• 傳輸層：拎出來詳細(xì)研究，見下

• 會話層：就是用于建立會話的,主要步驟：

1. 為會話實(shí)體間創(chuàng)建連接：為給兩個對等會話服務(wù)用戶創(chuàng)建一個會話連接，應(yīng)該做如下幾項(xiàng)工作。

   1. 將會話地址映射為運(yùn)輸?shù)刂贰?/p>

   2. 選擇需要的運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量參數(shù)（QoS）。

   3. 對會話參數(shù)進(jìn)行協(xié)商。

   4. 識別各個會話連接。

   5. 傳送有限的透明用戶數(shù)據(jù)。

2. 數(shù)據(jù)傳輸階段：這個階段是在兩個會話用戶之間實(shí)現(xiàn)有組織的，同步的數(shù)據(jù)傳輸。用戶數(shù)據(jù)單元為SSDU,而協(xié)議數(shù)據(jù)單元為SPDU.會話用戶之間的數(shù)據(jù)傳送過程是將SSDU轉(zhuǎn)變成SPDU進(jìn)行的。

3. 連接釋放：連接釋放是通過"有序釋放","廢棄"，"有限量透明用戶數(shù)據(jù)傳送"等功能單元來釋放會話連接的。

from知乎.

• 表示層：主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)加密解密、數(shù)據(jù)壓縮、圖片處理等工作，對接應(yīng)用層。
• 應(yīng)用層：就是各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，http,https,smtp等等

TCP

借助chatgpt。

TCP（Transmission Control Protocol）協(xié)議是一種面向連接的、可靠的、基于流的傳輸協(xié)議，是互聯(lián)網(wǎng)中最常用的傳輸協(xié)議之一。TCP協(xié)議主要用于在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行可靠的數(shù)據(jù)傳輸，其特點(diǎn)是建立連接、傳輸數(shù)據(jù)、維護(hù)連接和釋放連接。

TCP協(xié)議的主要特點(diǎn)如下：

1. 面向連接：TCP協(xié)議在傳輸數(shù)據(jù)之前，需要先建立連接，以確保通信雙方能夠相互識別和配合。

2. 可靠性：TCP協(xié)議能夠保證數(shù)據(jù)能夠被正確地傳輸和接收，通過檢驗(yàn)和和確認(rèn)機(jī)制，可以檢測和糾正傳輸過程中出現(xiàn)的錯誤和丟包。

3. 按順序傳輸：TCP協(xié)議能夠保證數(shù)據(jù)按照發(fā)送順序進(jìn)行傳輸和接收，避免數(shù)據(jù)的亂序和丟失。

4. 流控制：TCP協(xié)議通過滑動窗口機(jī)制，控制發(fā)送方的數(shù)據(jù)流量，避免網(wǎng)絡(luò)擁塞和數(shù)據(jù)包的丟失。

5. 擁塞控制：TCP協(xié)議通過擁塞窗口控制機(jī)制，動態(tài)調(diào)整發(fā)送方的數(shù)據(jù)傳輸速率，避免網(wǎng)絡(luò)擁塞和數(shù)據(jù)包的丟失。

6. 面向字節(jié)流：TCP協(xié)議將數(shù)據(jù)看作一個字節(jié)流進(jìn)行傳輸，不考慮數(shù)據(jù)的邊界和長度，能夠傳輸任意類型的數(shù)據(jù)。

面向連接的實(shí)現(xiàn)

TCP協(xié)議實(shí)現(xiàn)面向連接的方式主要是通過三次握手建立連接和四次揮手釋放連接。

建立連接的過程如下：

1. 客戶端向服務(wù)器發(fā)送SYN（同步）請求，表示客戶端要建立連接，并帶有一個隨機(jī)數(shù)A。

2. 服務(wù)器收到請求后，返回SYN+ACK（同步+確認(rèn)）響應(yīng)，表示服務(wù)器收到了連接請求，并帶有一個隨機(jī)數(shù)B和確認(rèn)數(shù)A+1。

3. 客戶端收到響應(yīng)后，發(fā)送ACK（確認(rèn)）響應(yīng)，表示客戶端確認(rèn)收到了服務(wù)器的響應(yīng)，并帶有確認(rèn)數(shù)B+1。

完成以上三步，TCP連接就建立成功了。

釋放連接的過程如下：

1. 客戶端發(fā)送FIN（結(jié)束）請求，表示客戶端不再發(fā)送數(shù)據(jù)。

2. 服務(wù)器收到請求后，發(fā)送ACK響應(yīng)，表示已經(jīng)收到了FIN請求。

3. 服務(wù)器再發(fā)送FIN請求，表示服務(wù)器不再發(fā)送數(shù)據(jù)。

4. 客戶端收到FIN請求后，發(fā)送ACK響應(yīng)，表示已經(jīng)收到了服務(wù)器的請求，連接正式關(guān)閉。

完成以上四步，TCP連接就被正常關(guān)閉了

可靠性實(shí)現(xiàn)

TCP協(xié)議實(shí)現(xiàn)可靠性的方式主要有以下幾個方面：

1. 序列號和確認(rèn)號：TCP協(xié)議在傳輸數(shù)據(jù)時，使用序列號和確認(rèn)號來保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。發(fā)送方在發(fā)送數(shù)據(jù)時，為每個數(shù)據(jù)包設(shè)置一個序列號，接收方在接收到數(shù)據(jù)包之后，會向發(fā)送方發(fā)送一個確認(rèn)號，表示接收到了序列號對應(yīng)的數(shù)據(jù)。如果發(fā)送方?jīng)]有收到確認(rèn)號，則會重新發(fā)送數(shù)據(jù)包。

2. 檢驗(yàn)和：TCP協(xié)議使用檢驗(yàn)和來保證數(shù)據(jù)在傳輸過程中不被篡改。發(fā)送方在發(fā)送數(shù)據(jù)時，會計(jì)算數(shù)據(jù)包的檢驗(yàn)和，接收方在接收到數(shù)據(jù)包后，會重新計(jì)算檢驗(yàn)和，如果接收到的數(shù)據(jù)包的檢驗(yàn)和與發(fā)送方發(fā)送的不一致，則會丟棄該數(shù)據(jù)包。

3. 超時重傳：TCP協(xié)議在發(fā)送數(shù)據(jù)時，會設(shè)置一個超時時間（RTT），如果在超時時間內(nèi)沒有接收到接收方的確認(rèn)號，則會重新發(fā)送數(shù)據(jù)包，以保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

4. 滑動窗口：TCP協(xié)議使用滑動窗口機(jī)制來控制數(shù)據(jù)的傳輸速率和流量。發(fā)送方和接收方會維護(hù)一個窗口大小，發(fā)送方根據(jù)窗口大小和接收方的確認(rèn)號來控制發(fā)送數(shù)據(jù)的速度和流量，接收方則根據(jù)窗口大小來控制接收數(shù)據(jù)的流量。

順序傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方式

TCP協(xié)議實(shí)現(xiàn)順序傳輸?shù)姆绞街饕峭ㄟ^序列號和確認(rèn)號來保證數(shù)據(jù)的順序傳輸。

在TCP協(xié)議中，發(fā)送方為每個數(shù)據(jù)包設(shè)置一個序列號，接收方在接收數(shù)據(jù)包時，會根據(jù)序列號來確定數(shù)據(jù)包的順序，如果接收到的數(shù)據(jù)包的序列號不是按照順序遞增的，則會緩存該數(shù)據(jù)包，等待后面的數(shù)據(jù)包到達(dá)后再進(jìn)行排序和組合。

在發(fā)送數(shù)據(jù)時，TCP協(xié)議會按照順序?qū)?shù)據(jù)分成多個數(shù)據(jù)包進(jìn)行傳輸，每個數(shù)據(jù)包都帶有一個序列號，接收方會根據(jù)序列號來確定數(shù)據(jù)包的順序，并向發(fā)送方發(fā)送確認(rèn)號，表示已經(jīng)接收到了序列號對應(yīng)的數(shù)據(jù)包。如果發(fā)送方?jīng)]有收到確認(rèn)號，則會重新發(fā)送數(shù)據(jù)包，保證數(shù)據(jù)包的順序傳輸。

流控制機(jī)制

TCP流控制是通過滑動窗口機(jī)制實(shí)現(xiàn)的。具體實(shí)現(xiàn)機(jī)制如下：

1. 發(fā)送方和接收方都會維護(hù)一個滑動窗口，用于控制數(shù)據(jù)的流動。

2. 發(fā)送方會根據(jù)接收方的窗口大小來動態(tài)調(diào)整自己的發(fā)送速率。如果接收方窗口變小了，發(fā)送方就會減慢發(fā)送速率，以避免數(shù)據(jù)的擁塞。

3. 接收方會在收到一定量的數(shù)據(jù)后，向發(fā)送方發(fā)送一個確認(rèn)消息（ACK），告訴發(fā)送方接收到了這些數(shù)據(jù)。同時，接收方會把窗口向前滑動一定的距離，讓發(fā)送方繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。

4. 如果發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據(jù)過多，超過了接收方的窗口大小，接收方就會發(fā)送一個窗口更新消息，告訴發(fā)送方可以繼續(xù)發(fā)送的數(shù)據(jù)量。

通過這樣的機(jī)制，TCP流控制可以保證數(shù)據(jù)的流動速率適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的情況，避免數(shù)據(jù)的擁塞和丟失。同時，這種機(jī)制還可以適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和數(shù)據(jù)傳輸需求，具有很高的靈活性和可靠性。

擁塞控制機(jī)制

1. 發(fā)送方和接收方都會維護(hù)一個擁塞窗口（cwnd），用于控制數(shù)據(jù)的發(fā)送速率。初始時，cwnd的大小為一個最大段大?。∕SS）。

2. 發(fā)送方會根據(jù)接收方的窗口大小和擁塞窗口的大小來動態(tài)調(diào)整自己的發(fā)送速率。發(fā)送方每收到一個ACK就會把cwnd增加一個MSS的大小，以逐步增加發(fā)送速率，但是在擁塞發(fā)生時，cwnd會被減小以減少發(fā)送速率。

3. 接收方在收到數(shù)據(jù)后，會向發(fā)送方發(fā)送一個窗口更新消息，告訴發(fā)送方可以接收的數(shù)據(jù)量。如果接收方的窗口變小了，發(fā)送方就會減慢發(fā)送速率，以避免數(shù)據(jù)的擁塞。如果發(fā)送方?jīng)]有收到ACK，就會認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)了擁塞，就會把cwnd減小以降低發(fā)送速率。

4. 發(fā)送方還會根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的擁塞情況來調(diào)整擁塞窗口的大小。如果發(fā)送方收到了重復(fù)的ACK，就表示網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)了擁塞，就會把cwnd減小一定的量，以避免繼續(xù)發(fā)送造成更嚴(yán)重的擁塞。如果發(fā)送方發(fā)現(xiàn)沒有收到ACK，就會認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)了擁塞，就會把cwnd減小以降低發(fā)送速率。

通過這樣的機(jī)制，TCP擁塞控制可以保證在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞時，發(fā)送方能夠自動降低發(fā)送速率，避免數(shù)據(jù)的丟失和網(wǎng)絡(luò)擁堵。同時，這種機(jī)制還可以適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和數(shù)據(jù)傳輸需求，具有很高的靈活性和可靠性。

字節(jié)流的解釋

TCP（傳輸控制協(xié)議）是一種面向字節(jié)流的協(xié)議，這意味著TCP將數(shù)據(jù)視為一個連續(xù)的字節(jié)流，而不是一系列獨(dú)立的數(shù)據(jù)包或消息。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)沒有固定的邊界或大小，TCP只是把數(shù)據(jù)看作是一個字節(jié)序列，并在傳輸時按照這個字節(jié)序列進(jìn)行處理。

在TCP中，發(fā)送方把需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)按照字節(jié)流的形式分割成小的數(shù)據(jù)塊，稱為TCP段。然后，發(fā)送方把每個TCP段封裝成一個TCP報文段，并在報文頭中添加一些控制信息，如源端口、目的端口、序號、確認(rèn)號、窗口大小等。發(fā)送方把TCP報文段發(fā)送給接收方。

接收方在收到TCP報文段后，按照報文頭中的序號和確認(rèn)號信息，將TCP段重新組裝成原始的數(shù)據(jù)。如果接收方收到了亂序的TCP段，它會先緩存這些TCP段，等待缺失的TCP段到來后再進(jìn)行組裝。如果接收方收到了重復(fù)的TCP段，它會忽略這些TCP段，只發(fā)送一次ACK確認(rèn)報文段。

TCP的通信流程

UDP

UDP（用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）是一種簡單的、無連接的、面向數(shù)據(jù)報的協(xié)議，它可以在IP網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行快速傳輸。與TCP協(xié)議不同，UDP協(xié)議不提供可靠性和流量控制等服務(wù)，但是它的優(yōu)點(diǎn)是速度快，具有較低的延遲和較小的網(wǎng)絡(luò)開銷。

UDP協(xié)議的特點(diǎn)如下：

1. 無連接性：UDP協(xié)議是無連接的，發(fā)送數(shù)據(jù)前不需要建立連接。這意味著應(yīng)用程序可以快速地發(fā)送數(shù)據(jù)，并且不需要等待建立連接這一步驟。

2. 面向數(shù)據(jù)報：UDP協(xié)議是面向數(shù)據(jù)報的，每個數(shù)據(jù)包都是獨(dú)立的，UDP協(xié)議不會像TCP協(xié)議那樣把數(shù)據(jù)流分割成小的數(shù)據(jù)塊，也不會在發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)之間維護(hù)狀態(tài)信息。

3. 不可靠性：UDP協(xié)議不提供可靠性和流量控制等服務(wù)，因此在傳輸過程中可能會出現(xiàn)數(shù)據(jù)包丟失、重復(fù)、亂序等問題。但是，這也使得UDP協(xié)議的傳輸速度更快，適用于那些對可靠性要求不高的應(yīng)用程序。

4. 簡單性：UDP協(xié)議非常簡單，它只包含了必要的功能，沒有復(fù)雜的控制機(jī)制和狀態(tài)信息。這使得UDP協(xié)議的實(shí)現(xiàn)非常容易，并且可以在資源有限的設(shè)備上使用。

UDP協(xié)議適用于一些對可靠性要求不高的應(yīng)用程序，如視頻流、音頻流、DNS服務(wù)等。這些應(yīng)用程序需要快速傳輸數(shù)據(jù)，而且可以容忍一定的數(shù)據(jù)丟失和重復(fù)。

無連接性

與TCP不同，UDP不會在傳輸之前建立連接，并且不會在傳輸后關(guān)閉連接。這種無連接的特性使得UDP具有更高的傳輸速率和更低的延遲，但也意味著數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃暂^低，因?yàn)閁DP無法保證數(shù)據(jù)的完整性和正確性。

在UDP協(xié)議中，數(shù)據(jù)包只包含源地址、目標(biāo)地址、數(shù)據(jù)和一些控制信息，如校驗(yàn)和等。這些信息足以保證數(shù)據(jù)包能夠被正確地傳輸，但是它們不能確保數(shù)據(jù)包能夠被正確地接收。如果數(shù)據(jù)包在傳輸過程中丟失或損壞，UDP不會自動重傳數(shù)據(jù)包，而是將它們丟棄。因此，在使用UDP進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時，需要對數(shù)據(jù)的完整性和正確性進(jìn)行額外的檢驗(yàn)和控制。

面向數(shù)據(jù)報

UDP的底層使用的是IP協(xié)議，就是網(wǎng)絡(luò)層的IP協(xié)議。在網(wǎng)絡(luò)層中，IP協(xié)議傳輸?shù)南㈩愋褪荌P數(shù)據(jù)報，它是無連接的，且不可靠的。所以UDP數(shù)據(jù)報也是無連接、不可靠的。但是因?yàn)橹苯邮褂肐P協(xié)議，速度快，占用小。在UDP的基礎(chǔ)上加上源地址、目的地址、控制信息就組成了IP數(shù)據(jù)報，直接在網(wǎng)絡(luò)層傳輸。

UDP通信流程

網(wǎng)絡(luò)編程

參考：csdn-網(wǎng)絡(luò)通信.

基本原理

• 服務(wù)器端：建立socket,綁定scoket和地址信息，開啟監(jiān)聽，收到請求后發(fā)送數(shù)據(jù)

• 客戶端：建立socket，連接到服務(wù)器端，接收并打印服務(wù)器發(fā)送的數(shù)據(jù)

流程圖

核心函數(shù)

• socket：創(chuàng)建一個套接字

• bind：用于綁定IP地址和端口號到socket;

• listen：設(shè)置能處理的最大連接要求，listen并未開始接收連線，只是設(shè)置socket為listen模式

• accept：用來接收socket連接

• connect：用于綁定之后的client端與服務(wù)器建立連接

一些小問題

sockaddr_in結(jié)構(gòu)體

sockaddr_in是用于表示IPv4地址和端口號的結(jié)構(gòu)體。其定義如下：

struct sockaddr_in {
    sa_family_t sin_family; // 地址族，一般為AF_INET
    in_port_t sin_port; // 端口號，網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序
    struct in_addr sin_addr; // IPv4地址
    char sin_zero[8]; // 填充，一般為0
};

其中，sa_family_t類型表示地址族，一般情況下為AF_INET表示IPv4地址；in_port_t類型表示端口號，為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序；struct in_addr類型表示IPv4地址，其定義如下：

struct in_addr {
    in_addr_t s_addr; // IPv4地址，網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序
};

in_addr_t類型表示IPv4地址，為32位無符號整數(shù)，也是網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序。

使用sockaddr_in結(jié)構(gòu)體可以方便地表示IPv4地址和端口號。

errno變量

errno是C/C++語言中的一個全局變量，用于記錄最近一次系統(tǒng)調(diào)用發(fā)生錯誤的錯誤碼。系統(tǒng)調(diào)用包括文件操作、網(wǎng)絡(luò)操作、進(jìn)程操作等等。

errno變量通常定義在頭文件中，其類型是int。在發(fā)生錯誤時，系統(tǒng)會將相應(yīng)的錯誤碼存儲到errno變量中，以便程序員可以根據(jù)錯誤碼進(jìn)行相應(yīng)的處理。

對于網(wǎng)絡(luò)編程中的Socket庫，send、recv等函數(shù)在發(fā)生錯誤時會設(shè)置errno變量，因此程序員可以通過檢查errno變量來判斷函數(shù)是否執(zhí)行成功。例如，send函數(shù)在發(fā)送數(shù)據(jù)失敗時會返回-1，并設(shè)置errno變量指示失敗的原因。

常見的errno錯誤碼包括：

• EACCES：權(quán)限不夠
• EAGAIN：資源暫時不可用
• EINTR：系統(tǒng)調(diào)用被信號中斷
• EINVAL：無效的參數(shù)
• ENOMEM：內(nèi)存不足
• ECONNRESET：連接被重置
• ETIMEDOUT：連接超時
• EHOSTUNREACH：主機(jī)不可達(dá)

timeval

struct timeval是linux系統(tǒng)中定義的結(jié)構(gòu)體：

struct timeval{
__time_t tv_sec;        /* Seconds. */
__suseconds_t tv_usec;  /* Microseconds. */
};

tv_sec是秒,tv_usec是微秒

__time_t和__suseconds_t都是long int的擴(kuò)展名

htons

htons是一個用于將主機(jī)字節(jié)序轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序的函數(shù)，其函數(shù)原型如下：

#include <arpa/inet.h>
uint16_t htons(uint16_t hostshort);

htons函數(shù)的參數(shù)hostshort是一個16位整數(shù)，表示要進(jìn)行轉(zhuǎn)換的主機(jī)字節(jié)序數(shù)據(jù)。該函數(shù)將主機(jī)字節(jié)序數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序數(shù)據(jù)，然后返回轉(zhuǎn)換后的結(jié)果。網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序采用大端字節(jié)序，即高位字節(jié)存儲在低地址，低位字節(jié)存儲在高地址。

htons函數(shù)將主機(jī)字節(jié)序轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序的過程如下：

1. 判斷本地主機(jī)的字節(jié)序是大端字節(jié)序還是小端字節(jié)序。如果本地主機(jī)是大端字節(jié)序，則不需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換，直接返回原始數(shù)據(jù)即可。

2. 如果本地主機(jī)是小端字節(jié)序，則需要將主機(jī)字節(jié)序數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序數(shù)據(jù)。具體操作是將低位字節(jié)存儲在高地址，高位字節(jié)存儲在低地址。

例如，如果要將一個16位整數(shù)0x1234（主機(jī)字節(jié)序）轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序，htons函數(shù)將執(zhí)行以下操作：

1. 檢測本地主機(jī)的字節(jié)序，如果本地主機(jī)是小端字節(jié)序，則需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

2. 將低位字節(jié)0x34存儲在高地址，高位字節(jié)0x12存儲在低地址，得到0x3412（網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序）。

3. 返回轉(zhuǎn)換后的結(jié)果0x3412。

需要注意的是，htons函數(shù)只能用于16位整數(shù)的轉(zhuǎn)換，如果要轉(zhuǎn)換32位整數(shù)，需要使用htonl函數(shù)。另外，在網(wǎng)絡(luò)編程中，所有傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)都必須使用網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序，否則可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸錯誤。因此，在編寫網(wǎng)絡(luò)程序時，應(yīng)該使用htons等函數(shù)將主機(jī)字節(jié)序數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序數(shù)據(jù)。

詳解SOCKET

socket函數(shù)

socket原意“插座”，在計(jì)算機(jī)通信領(lǐng)域，被翻譯為“套接字”，是計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行通信的一種約定或一種方式，通過socket這種約定，計(jì)算機(jī)之間可以相互發(fā)送接收數(shù)據(jù)。socket的本質(zhì)就是一個文件，通信的本質(zhì)就是在計(jì)算之間傳遞這個文件。

基本語法：SOCKET socket(int af,int type,int protocol);。

• af：地址族，address family，就是IP地址的類型，值包括AF_INET(IPv4)、AF_INET6(IPv6)。

• type：數(shù)據(jù)傳輸方式/套接字類型，值包括SOCK_STREAM(流格式套接字/面向連接的套接字)和SCOK_DGRAM(datagram數(shù)據(jù)報套接字/無連接的套接字)

• protocol:協(xié)議，值包括 IPPROTO_TCP(TCP協(xié)議)，IPPROTO_UDP(UDP 傳輸協(xié)議)

• 返回值SOCKET是int型：

  1. 返回值為 -1：通常表示函數(shù)調(diào)用失敗，可能是由于參數(shù)錯誤、權(quán)限不足、系統(tǒng)資源不足等原因引起的。

  2. 返回值為 0：通常表示一個連接已經(jīng)關(guān)閉，此時應(yīng)該關(guān)閉套接字并釋放資源。

  3. 返回值為正整數(shù)：通常表示已經(jīng)成功地進(jìn)行了某種操作，具體含義要根據(jù)函數(shù)的不同而定。例如：

     • socket 函數(shù)成功地創(chuàng)建了一個新套接字，返回的是新套接字的描述符。

     • bind 函數(shù)成功地將一個套接字與一個本地地址綁定，返回的是 0。

     • listen 函數(shù)成功地將一個套接字設(shè)置為監(jiān)聽狀態(tài)，返回的是 0。

     • accept 函數(shù)成功地接受了一個連接請求，返回的是新建立連接的套接字描述符。

  4. EAGAIN/EWOULDBLOCK：表示當(dāng)前情況下資源已經(jīng)不可用，需要等待一段時間或者采取其他措施再嘗試操作。

  5. EINTR：表示當(dāng)前操作被中斷，可能是由于信號的到來或者其他原因引起的，需要重新嘗試操作。

運(yùn)用socket,首先需要相關(guān)的頭文件：

• <sys/socket.h>：定義了 socket 相關(guān)的數(shù)據(jù)類型、結(jié)構(gòu)體和函數(shù)。

• <netinet/in.h>：定義了網(wǎng)絡(luò)地址結(jié)構(gòu)體、地址族、端口號等相關(guān)的數(shù)據(jù)類型和宏定義。

• <arpa/inet.h>：定義了一些 IP 地址轉(zhuǎn)換的函數(shù)。

• <netdb.h>：定義了一些網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫相關(guān)的函數(shù)，如獲取主機(jī)信息、服務(wù)信息等。

例子：用socket套接字訪問百度服務(wù)器

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>

using namespace std;

int main() {
    // 創(chuàng)建 socket 套接字
    int client_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
    if (client_sock == -1) {
        cerr << "Failed to create socket." << endl;
        return -1;
    }

    // 建立連接
    sockaddr_in server_addr;//這個結(jié)構(gòu)初始是空的，所以需要申請字節(jié)空間
    memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));//可以用memset
    server_addr.sin_family = AF_INET;//設(shè)置IPv4
    server_addr.sin_addr.s_addr =inet_addr("112.80.248.75");//設(shè)置IP主機(jī)號，不能是網(wǎng)址，必須先解析成IP
    server_addr.sin_port = htons(80);//設(shè)置端口

    if (connect(client_sock, (sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {
        cerr << "Failed to connect to server." << endl;
        return -1;
    }

    // 發(fā)送請求
    const char* request = "GET / HTTP/1.1\r\nHost: www.baidu.com\r\n\r\n";
    write(client_sock, request, strlen(request));//向百度的服務(wù)器主機(jī)發(fā)送消息

    // 接收響應(yīng)
    char buffer[10240];
    int len = read(client_sock, buffer, sizeof(buffer) - 1);
    if (len == -1) {
        cerr << "Failed to receive response." << endl;
        return -1;
    }

    buffer[len] = '\0';//字符型的數(shù)組的長度可能設(shè)置的很大，用這個來截取有效部分，就可以直接cou
    cout << buffer << endl;

    // 關(guān)閉連接
    close(client_sock);
    return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果：

bind

在網(wǎng)絡(luò)編程中，bind()函數(shù)用于將一個套接字（socket）與一個本地的IP地址和端口號綁定起來。在客戶端程序中不常使用，但是在服務(wù)器端程序中，一般需要先創(chuàng)建一個套接字，然后將其綁定到一個固定的本地IP地址和端口號上，以便客戶端可以通過這個地址和端口號與服務(wù)器進(jìn)行通信。

bind()函數(shù)的函數(shù)原型如下：

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

其中，sockfd是已經(jīng)創(chuàng)建好的套接字描述符，addr是一個指向本地IP地址和端口號的sockaddr類型的指針，addrlen是sockaddr類型的指針的長度。

bind()函數(shù)的返回值為0表示綁定成功，否則表示綁定失敗。在調(diào)用bind()函數(shù)之前，需要先通過socket()函數(shù)創(chuàng)建一個套接字，并且需要在sockaddr結(jié)構(gòu)體中指定本地IP地址和端口號，例如：

struct sockaddr_in server_addr;
memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);  // 綁定到本地任意IP地址
server_addr.sin_port = htons(PORT);  // 綁定到指定端口號

接下來就可以調(diào)用bind()函數(shù)將套接字與本地IP地址和端口號綁定起來了，例如：

int ret = bind(sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr));
if (ret == -1) {
    perror("bind error");
    exit(1);
}

詳細(xì)例子：

#include<iostream>
#include<sys/socket.h>
#include<arpa/inet.h>//sockaddr_in
#include<cstring>//memset
using namespace std;

int main(){
    int sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if(sockfd==-1){
        cerr<<"failed to create socket"<<endl;
        exit(-1);
    }
    int PORT=2337;//設(shè)置端口2337,用沒有被占用的就行
    struct sockaddr_in server_addr;
    memset(&server_addr,0,sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family=AF_INET;
    server_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);//綁定到任意IP
    server_addr.sin_port=htons(PORT);//綁定到指定端口
    int ret=bind(sockfd,(struct sockaddr*)&server_addr,sizeof(server_addr));
    if(ret==0){
        cout<<"succeed to bind PORT:"<<PORT<<endl;
    }else{
        cerr<<("bind error")<<endl;
        exit(1);
    }
}

listen

在網(wǎng)絡(luò)編程中，listen()函數(shù)用于將一個套接字（socket）轉(zhuǎn)換成一個監(jiān)聽套接字，以便于接受客戶端的連接請求。在服務(wù)器端程序中，一般需要先創(chuàng)建一個套接字，然后將其綁定到一個固定的本地IP地址和端口號上，最后調(diào)用listen()函數(shù)將其轉(zhuǎn)換成一個監(jiān)聽套接字，以便于接受客戶端的連接請求。

listen()函數(shù)的函數(shù)原型如下：

int listen(int sockfd, int backlog);

其中，sockfd是已經(jīng)創(chuàng)建好的套接字描述符，backlog是指定等待連接隊(duì)列的最大長度。

listen()函數(shù)的返回值為0表示成功，否則表示失敗。在調(diào)用listen()函數(shù)之前，需要先通過socket()函數(shù)創(chuàng)建一個套接字，并且需要通過bind()函數(shù)將其綁定到一個固定的本地IP地址和端口號上，接下來就可以調(diào)用listen()函數(shù)將套接字轉(zhuǎn)換成一個監(jiān)聽套接字了，例如：

int backlog = 10;  // 等待連接隊(duì)列的最大長度
int ret = listen(sockfd, backlog);  // 將套接字轉(zhuǎn)換成監(jiān)聽套接字
if (ret == -1) {
    perror("listen error");
    exit(1);
}

調(diào)用listen()函數(shù)之后，套接字就會進(jìn)入監(jiān)聽狀態(tài)，等待客戶端的連接請求。可以通過accept()函數(shù)來接受客戶端的連接請求，并創(chuàng)建一個新的套接字用于與客戶端進(jìn)行通信。

給之前的程序添加listen：

#include<iostream>
#include<sys/socket.h>
#include<arpa/inet.h>//sockaddr_in
#include<cstring>//memset
using namespace std;

int main(){
    int sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if(sockfd==-1){
        cerr<<"failed to create socket"<<endl;
        exit(-1);
    }
    int PORT=2337;//設(shè)置端口2337,用沒有被占用的就行
    struct sockaddr_in server_addr;
    memset(&server_addr,0,sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family=AF_INET;
    server_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);//綁定到任意IP
    server_addr.sin_port=htons(PORT);//綁定到指定端口
//bind函數(shù)
    int bindret=bind(sockfd,(struct sockaddr*)&server_addr,sizeof(server_addr));
    if(bindret==0){
        cout<<"succeed to bind PORT:"<<PORT<<endl;
    }else{
        cerr<<("bind error")<<endl;
        exit(-2);
    }
//listen函數(shù)
    int backlog=10;//最大連接隊(duì)列長度
    int listenret=listen(sockfd,backlog);
    if(listenret==0){
        cout<<"turn to listening"<<endl;
    }else{
        cerr<<"failed to listen PORT"<<PORT<<endl;
        exit(-3);
    }
}

accept

socket的accept函數(shù)是用于等待并接受客戶端連接請求的函數(shù)。當(dāng)服務(wù)器端的socket處于listen狀態(tài)時，可以調(diào)用accept函數(shù)來接受客戶端的連接請求，并返回一個新的socket描述符，用于與客戶端進(jìn)行通信。

accept函數(shù)的語法如下：

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

其中，sockfd為服務(wù)器端的socket描述符，addr為指向用于存儲客戶端地址信息的結(jié)構(gòu)體指針，addrlen為指向存儲客戶端地址信息長度的變量指針。其中socklen_t,這樣的關(guān)鍵字一般都是由基本類型擴(kuò)展過來的，在vs中g(shù)o to definition，可以追溯到其實(shí)質(zhì)就是usigned int類型。

因?yàn)榉祷氐囊彩且粋€socket描述符，失敗返回-1,成功返回描述符id

當(dāng)accept函數(shù)被調(diào)用時，會阻塞等待客戶端連接請求的到來。一旦有客戶端連接請求到達(dá)，accept函數(shù)會返回一個新的socket描述符，用于與該客戶端進(jìn)行通信。同時，addr和addrlen參數(shù)也會被填充上客戶端的地址信息。

需要注意的是，accept函數(shù)只有在服務(wù)器端socket處于listen狀態(tài)時才能調(diào)用。而且，accept函數(shù)是一個阻塞函數(shù)，會一直等待直到有客戶端連接請求到達(dá)。如果不希望accept函數(shù)一直阻塞，可以通過設(shè)置socket為非阻塞模式或設(shè)置超時時間等方式來避免阻塞

避免阻塞的方式

使用setsockopt函數(shù)

struct timeval timeout; 
timeout.tv_sec = 5;
timeout.tv_usec = 0;
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, (char *)&timeout, sizeof(timeout));

如果在5秒內(nèi)沒有收到任何數(shù)據(jù)，accept函數(shù)將返回一個錯誤碼，并設(shè)置errno為EAGAIN或EWOULDBLOCK。可以根據(jù)這個錯誤碼來判斷是否超時。

if(apct==-1){
    cerr<<"connect configure error";
}else if(acpt==EAGAIN){
    cerr<<"timeout"<<endl;
}else{
    cout<<"connected"<<endl;
}

setsockopt函數(shù)是用來給套接字配置的函數(shù)，其定義如下：

int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen);

其中，參數(shù)說明如下：

• sockfd：指定需要設(shè)置選項(xiàng)的套接字描述符。
• level：指定選項(xiàng)的協(xié)議層。常用的協(xié)議層有SOL_SOCKET和IPPROTO_TCP。SOL_SOCKET表示通用套接字選項(xiàng)，而IPPROTO_TCP表示TCP協(xié)議選項(xiàng)。
• optname：指定需要設(shè)置的選項(xiàng)名稱。
• optval：指向存儲選項(xiàng)值的緩沖區(qū)。
• optlen：指定選項(xiàng)值的長度。

setsockopt函數(shù)的作用是用于設(shè)置套接字選項(xiàng)，常用的選項(xiàng)包括：

• SO_REUSEADDR：表示允許地址重用，常用于服務(wù)器開啟多次綁定同一端口的情況。
• SO_KEEPALIVE：表示開啟TCP的KeepAlive機(jī)制。
• SO_SNDBUF和SO_RCVBUF：分別表示發(fā)送緩沖區(qū)和接收緩沖區(qū)的大小。
• TCP_NODELAY：表示禁用Nagle算法，即允許小數(shù)據(jù)包的發(fā)送。

需要注意的是，setsockopt函數(shù)必須在套接字創(chuàng)建后才能調(diào)用，且需要在進(jìn)行任何IO操作之前設(shè)置。

for more,refer to setsockopt | Microsoft Learn.

select函數(shù)

int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

while (1) {
    fd_set read_fds;
    FD_ZERO(&read_fds);
    FD_SET(sock, &read_fds);

    struct timeval tv;
    tv.tv_sec = 1;
    tv.tv_usec = 0;

    int ret = select(sockfd + 1, &read_fds, NULL, NULL, &tv);
    if (ret == -1) {
        // select出錯
        continue;
    } else if (ret == 0) {
        // 沒有新連接
        continue;
    }

    int new_sock = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&caddr, &len);
    if (new_sock == -1) {
        // accept出錯
        continue;
    }

    // 處理新連接
}

select函數(shù)是Unix/Linux系統(tǒng)中的一個系統(tǒng)調(diào)用，在網(wǎng)絡(luò)編程中常用于實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用IO。它可以監(jiān)聽多個文件描述符，當(dāng)其中任意一個文件描述符準(zhǔn)備就緒時，就會通知程序進(jìn)行相應(yīng)的處理。

select函數(shù)的原型如下：

#include <sys/select.h>

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

參數(shù)說明：

• nfds：需要檢測的文件描述符數(shù)量，即文件描述符集合中所有文件描述符的最大值加1（因?yàn)槲募枋龇菑?開始編號的）。
• readfds：可讀文件描述符集合。
• writefds：可寫文件描述符集合。
• exceptfds：異常文件描述符集合。
• timeout：select函數(shù)的超時時間。如果設(shè)置為NULL，則表示等待直到有文件描述符準(zhǔn)備就緒；如果設(shè)置為0，則立即返回；如果設(shè)置為一個非零值，則表示等待指定時間內(nèi)有文件描述符準(zhǔn)備就緒。

select函數(shù)的返回值為就緒文件描述符的數(shù)量，如果返回0，則表示超時未發(fā)生任何事件；如果返回-1，則表示select函數(shù)調(diào)用出錯。

使用select函數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)以下功能：

• 監(jiān)聽多個文件描述符，實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用IO。
• 設(shè)置超時時間，避免程序一直阻塞在select函數(shù)調(diào)用處。
• 監(jiān)聽不同類型的事件（可讀、可寫、異常），實(shí)現(xiàn)更加靈活的IO操作。
• 在多線程編程中，可以使用select函數(shù)來實(shí)現(xiàn)線程間的通信。

使用fcntl

int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
int flags = fcntl(sockfd, F_GETFL, 0);
fcntl(sock, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);

根據(jù)下面的解釋，flags為sockfd描述符當(dāng)前的文件狀態(tài)標(biāo)志，然后調(diào)用SETFL,設(shè)置描述符的文件狀態(tài)標(biāo)志，值設(shè)置為flags|O_NONBLOCK。應(yīng)該是邏輯或操作。

但是這樣設(shè)置后，調(diào)用accept會立即返回，沒有等待時間，可以把a(bǔ)ccept放在循環(huán)中，等待client連接。

fcntl函數(shù)是一個Unix/Linux系統(tǒng)下的系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)，用于對文件描述符進(jìn)行操作。其原型如下：

#include <fcntl.h>
int fcntl(int fd, int cmd, ...);

fcntl函數(shù)的第一個參數(shù)fd是需要進(jìn)行操作的文件描述符，第二個參數(shù)cmd是需要進(jìn)行的操作指令，第三個可選參數(shù)為操作的附加參數(shù)。

fcntl函數(shù)的常用操作指令包括：

• F_DUPFD：復(fù)制文件描述符，生成一個新的文件描述符；
• F_GETFL：獲取文件描述符當(dāng)前的文件狀態(tài)標(biāo)志；
• F_SETFL：設(shè)置文件描述符的文件狀態(tài)標(biāo)志；
• F_GETLK：獲取文件鎖；
• F_SETLK：設(shè)置文件鎖；
• F_SETLKW：設(shè)置文件鎖，并等待文件鎖被釋放。

fcntl函數(shù)的使用場景包括：

• 設(shè)置文件描述符的非阻塞模式；
• 獲取或設(shè)置文件描述符的文件狀態(tài)標(biāo)志；
• 對文件進(jìn)行加鎖或解鎖操作等。

使用epoll

epoll是Linux內(nèi)核中的一種I/O事件通知機(jī)制，是高并發(fā)網(wǎng)絡(luò)編程中常用的技術(shù)之一。epoll通過在內(nèi)核中注冊感興趣的文件描述符集合，然后通過系統(tǒng)調(diào)用等待I/O事件的發(fā)生并通知應(yīng)用程序。

與傳統(tǒng)的select和poll相比，epoll具有更高的效率和可擴(kuò)展性。這是由于epoll采用了基于事件驅(qū)動的方式，只有當(dāng)文件描述符上有事件發(fā)生時才會通知應(yīng)用程序，而不必遍歷所有的文件描述符。此外，epoll支持ET（邊緣觸發(fā)）和LT（水平觸發(fā)）兩種工作模式，同時還支持一次性注冊多個文件描述符，從而減少了系統(tǒng)調(diào)用的次數(shù)。

epoll的主要優(yōu)點(diǎn)包括：

1. 高效：能夠處理大量并發(fā)連接，而不會因?yàn)檩喸兌鴮?dǎo)致CPU占用率過高。

2. 可擴(kuò)展：能夠處理數(shù)以萬計(jì)的并發(fā)連接，而且當(dāng)連接數(shù)增加時，性能下降得非常緩慢。

3. 能夠處理任何類型的文件描述符：不僅可以處理網(wǎng)絡(luò)套接字，還可以處理文件和管道等。

4. 支持邊緣觸發(fā)和水平觸發(fā)兩種工作模式：邊緣觸發(fā)模式只在狀態(tài)發(fā)生變化時才通知應(yīng)用程序，而水平觸發(fā)模式則在文件描述符上有數(shù)據(jù)可讀時就通知應(yīng)用程序，直到數(shù)據(jù)全部讀取完畢。

邊緣觸發(fā)(edge trigger)和水平觸發(fā)(level trigger)本來指脈沖信號的觸發(fā)機(jī)制。水平指當(dāng)脈沖信號持續(xù)水平時（高電平低電平都可以），就一直觸發(fā)。邊緣觸發(fā)，也有說邊沿觸發(fā)，指只有出現(xiàn)上升沿或下降沿，也就是高電平轉(zhuǎn)低電平這樣的變化時，就觸發(fā)一次。

邊緣觸發(fā)也泛指只在狀態(tài)變化的瞬間觸發(fā)一次事件，水平觸發(fā)則泛指系統(tǒng)在事件狀態(tài)保持的時候持續(xù)觸發(fā)事件。

epoll socket編程：

使用epoll編寫socket通常分為以下幾個步驟：

1. 創(chuàng)建socket：使用socket()函數(shù)創(chuàng)建一個socket描述符。

2. 綁定socket：使用bind()函數(shù)將socket與IP地址和端口號綁定。

3. 監(jiān)聽socket：使用listen()函數(shù)將socket設(shè)置為監(jiān)聽狀態(tài)。

4. 創(chuàng)建epoll實(shí)例：使用epoll_create()函數(shù)創(chuàng)建一個epoll實(shí)例。

5. 將socket加入epoll監(jiān)聽隊(duì)列：使用epoll_ctl()函數(shù)將socket添加到epoll監(jiān)聽隊(duì)列中。

6. 循環(huán)監(jiān)聽epoll事件：使用epoll_wait()函數(shù)循環(huán)監(jiān)聽epoll事件。

7. 處理epoll事件：根據(jù)不同的事件類型，使用recv()函數(shù)接收客戶端發(fā)送的數(shù)據(jù)，使用send()函數(shù)向客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)，或者使用accept()函數(shù)接收客戶端的連接請求，并將新連接的socket加入epoll監(jiān)聽隊(duì)列中。

8. 關(guān)閉socket：使用close()函數(shù)關(guān)閉socket描述符。

//todo 就用epoll socket,兩種模式，c2c,room

connect

connect?函數(shù)是用于建立與遠(yuǎn)程主機(jī)的連接的函數(shù)，通常在客戶端程序中使用。下面是?connect?函數(shù)的詳細(xì)介紹：

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

參數(shù)說明：

• sockfd：已經(jīng)創(chuàng)建好的套接字文件描述符。
• addr：指向目標(biāo)地址結(jié)構(gòu)體的指針，該結(jié)構(gòu)體包含目標(biāo)IP地址和端口號等信息。
• addrlen：addr?結(jié)構(gòu)體的長度。
• 返回值也是表示成功或失敗的狀態(tài)，不是新的套接字。

客戶端連接服務(wù)端例子：

#include<iostream>
#include<sys/socket.h>
#include<arpa/inet.h>
using namespace std;
int main(){
    int servsock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    sockaddr_in servaddr;
    servaddr.sin_family=AF_INET;
    servaddr.sin_addr.s_addr=inet_addr("127.0.0.1");
    servaddr.sin_port=htons(2337);
    int con=connect(servsock,(sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));
    if(con==0){
        cout<<"connected to server"<<endl;
    }else{
        cerr<<"failed to connect"<<endl;
        exit(-2);
    }
}

send和recv函數(shù)

send

C++中的Socket庫是基于BSD套接字接口的，因此其send函數(shù)與BSD套接字庫中的send函數(shù)非常相似。send函數(shù)用于將數(shù)據(jù)發(fā)送到與Socket連接的遠(yuǎn)程主機(jī)，其語法如下：

ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);

其中，sockfd參數(shù)是Socket描述符，buf參數(shù)是要發(fā)送的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)指針，len參數(shù)是要發(fā)送的數(shù)據(jù)長度，flags參數(shù)是可選的，用于指定發(fā)送數(shù)據(jù)的選項(xiàng)，例如發(fā)送數(shù)據(jù)時是否使用帶外數(shù)據(jù)等。

send函數(shù)的返回值是已經(jīng)成功發(fā)送的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。如果發(fā)送失敗，則會返回-1，并設(shè)置errno變量指示失敗的原因。在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，應(yīng)該先建立好Socket連接，否則send函數(shù)會失敗。

send函數(shù)的工作原理是將數(shù)據(jù)緩存在內(nèi)核中，直到緩沖區(qū)滿或者超時時間到達(dá)才會將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。如果數(shù)據(jù)太大，超過了緩沖區(qū)的大小，則會被分成多個數(shù)據(jù)包進(jìn)行發(fā)送。

需要注意的是，send函數(shù)不保證所有數(shù)據(jù)都會立即發(fā)送成功，因此需要在發(fā)送數(shù)據(jù)之后進(jìn)行檢查確認(rèn)。如果需要保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸，則可以使用TCP協(xié)議，它會自動處理數(shù)據(jù)的可靠性。

recv

Socket庫中的recv函數(shù)是用于接收數(shù)據(jù)的函數(shù)，其函數(shù)原型如下：

#include <sys/socket.h>
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

recv函數(shù)的四個參數(shù)含義如下：

• sockfd：指定要接收數(shù)據(jù)的Socket描述符。
• buf：指定接收數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)地址。
• len：指定接收數(shù)據(jù)的最大長度。
• flags：指定接收數(shù)據(jù)的標(biāo)志位，常用的標(biāo)志位有MSGDONTWAIT、MSGOOB等。

recv函數(shù)的返回值為接收到的數(shù)據(jù)長度，如果返回值為0，則表示對端已經(jīng)關(guān)閉連接，如果返回值為-1，則表示發(fā)生錯誤。在發(fā)生錯誤時，errno變量會被設(shè)置為相應(yīng)的錯誤碼，程序員可以通過檢查errno變量來判斷錯誤的原因。

下面是recv函數(shù)的工作流程：

1. 應(yīng)用程序調(diào)用recv函數(shù)，指定要接收數(shù)據(jù)的Socket描述符、接收數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)地址、接收數(shù)據(jù)的最大長度和接收數(shù)據(jù)的標(biāo)志位。

2. 操作系統(tǒng)內(nèi)核接收到應(yīng)用程序的請求后，開始等待數(shù)據(jù)到達(dá)。如果數(shù)據(jù)已經(jīng)到達(dá)，則將數(shù)據(jù)讀取到內(nèi)核中的接收緩沖區(qū)。

3. 如果接收緩沖區(qū)中沒有數(shù)據(jù)，則recv函數(shù)會阻塞等待，直到有數(shù)據(jù)到達(dá)為止。如果設(shè)置了MSG_DONTWAIT標(biāo)志，則recv函數(shù)會立即返回，不會阻塞等待。

4. 一旦有數(shù)據(jù)到達(dá)，操作系統(tǒng)內(nèi)核會將數(shù)據(jù)從接收緩沖區(qū)復(fù)制到應(yīng)用程序指定的接收緩沖區(qū)中，并返回實(shí)際接收到的數(shù)據(jù)長度。

5. 應(yīng)用程序可以繼續(xù)調(diào)用recv函數(shù)接收剩余的數(shù)據(jù)，直到接收完所有數(shù)據(jù)為止。

需要注意的是，在使用recv函數(shù)接收數(shù)據(jù)時，需要根據(jù)實(shí)際情況判斷接收到的數(shù)據(jù)是否完整，如果數(shù)據(jù)不完整需要繼續(xù)接收，直到接收到完整的數(shù)據(jù)為止。另外，為了避免發(fā)生死鎖，應(yīng)該在調(diào)用recv函數(shù)之前先調(diào)用select或poll等函數(shù)進(jìn)行檢查，以確保接收緩沖區(qū)中有數(shù)據(jù)可讀。

epoll編程

參考高并發(fā)網(wǎng)絡(luò)編程之epoll詳解.tcp并發(fā)服務(wù)器（epoll實(shí)現(xiàn)）.輔以ChatGPT

在Linux實(shí)現(xiàn)epoll之前，IO多路復(fù)用一般使用select或者poll，實(shí)現(xiàn)的即使就是遍歷輪詢。但效率低，開銷大。

select的缺點(diǎn)：

1. 單個進(jìn)程能夠監(jiān)視的文件描述符的數(shù)量存在最大限制，通常是1024，當(dāng)然可以更改數(shù)量，但由于select采用輪詢的方式掃描文件描述符，文件描述符數(shù)量越多，性能越差；(在linux內(nèi)核頭文件中，有這樣的定義：#define __FD_SETSIZE??? 1024)
2. 內(nèi)核 / 用戶空間內(nèi)存拷貝問題，select需要復(fù)制大量的句柄數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生巨大的開銷；
3. select返回的是含有整個句柄的數(shù)組，應(yīng)用程序需要遍歷整個數(shù)組才能發(fā)現(xiàn)哪些句柄發(fā)生了事件；
4. select的觸發(fā)方式是水平觸發(fā)，應(yīng)用程序如果沒有完成對一個已經(jīng)就緒的文件描述符進(jìn)行IO操作，那么之后每次select調(diào)用還是會將這些文件描述符通知進(jìn)程。

poll使用鏈表保存文件描述符，雖然沒有了監(jiān)視文件數(shù)量的限制，但select的其他三個缺陷依然存在。

而epoll實(shí)現(xiàn)了不同的機(jī)制，不再是輪詢，而是觸發(fā)。只有當(dāng)監(jiān)聽的文件描述符發(fā)生變化時，才會處理，否則就一直阻塞。這就是epoll的邊緣觸發(fā)模式（edge trigger）。

在epoll中，有三個主要的函數(shù)：epollcreate、epollctl和epoll_wait。

1. epoll_create

epoll_create函數(shù)用于創(chuàng)建一個epoll實(shí)例，返回一個文件描述符。它的原型如下：

int epoll_create(int size);

參數(shù)size指定了需要管理的文件描述符的個數(shù)，但是這個參數(shù)在Linux 2.6.8及以后版本被忽略了，因此通常設(shè)為0即可。

2. epoll_ctl

epoll_ctl函數(shù)用于向epoll實(shí)例中添加或刪除文件描述符，并設(shè)置相應(yīng)的事件類型。它的原型如下：

int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

參數(shù)epfd是epoll實(shí)例的文件描述符，參數(shù)op指定了要進(jìn)行的操作，包括：

• EPOLLCTLADD：向epoll實(shí)例中添加文件描述符，并設(shè)置相應(yīng)的事件類型；
• EPOLLCTLMOD：修改epoll實(shí)例中已有的文件描述符的事件類型；
• EPOLLCTLDEL：從epoll實(shí)例中刪除文件描述符。

參數(shù)fd是需要添加、修改或刪除的文件描述符，參數(shù)event是一個epoll_event結(jié)構(gòu)體，用于設(shè)置事件類型和數(shù)據(jù)。

如：將一個socket添加到epoll實(shí)例。

#include<sys/epoll.h>//epoll
#include<sys/socket.h>
int main(){
    int sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    struct epoll_event event;//事件結(jié)構(gòu)體
    event.events=EPOLLIN;
    event.data.fd=listen_fd;
    int epollfd=epoll_create(0);
    epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_ADD,sockfd,&event);
}

3. epoll_wait

epoll_wait函數(shù)用于等待文件描述符上的事件，它會一直阻塞，直到有事件發(fā)生或超時。它的原型如下：

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);

參數(shù)epfd是epoll實(shí)例的文件描述符，參數(shù)events是一個epoll_event結(jié)構(gòu)體數(shù)組，用于存儲事件，參數(shù)maxevents指定了最多可以返回的事件個數(shù)，參數(shù)timeout指定了超時時間，如果為-1，則表示一直阻塞，直到有事件發(fā)生。

在epoll_wait函數(shù)返回時，會將事件存儲在events數(shù)組中，并返回事件的個數(shù)。每個事件包含了文件描述符和相應(yīng)的事件類型。

詳例

#include "server.h"

int main(){
    int server_socket=socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    sockaddr_in server_addr;
    memset(&server_addr, 0, sizeof(sockaddr_in));
    server_addr.sin_family=AF_INET;
    server_addr.sin_port=htons(SERVER_PORT);
    server_addr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;
    if(bind(server_socket,(sockaddr *)&server_addr,sizeof(server_addr))<0){
        cerr<<"chat_server: main: server bind error"<<endl;
        exit(-1);
    }
    if(listen(server_socket,10)<0){
        cerr<<"chat_server: main: server listen error"<<endl;
        exit(-1);        
    }
    int epoll_fd=epoll_create(1);
    epoll_event socket_event,listen_event[MAX_LISTEN];
    socket_event.events=EPOLLIN; //TODO  LT/ET?  //高版本沒有EPOLLLT,默認(rèn)水平觸發(fā)，一旦發(fā)現(xiàn)客戶端的連接請求就持續(xù)建立連接
    socket_event.data.fd=server_socket;
    epoll_ctl(epoll_fd,EPOLL_CTL_ADD,server_socket,&socket_event);
    while(1){
        int event_num=epoll_wait(epoll_fd,listen_event,MAX_LISTEN,-1); 
        if(event_num<-1){                               
            break;  //無連接則繼續(xù)循環(huán)等待                                    
        }
        for(int i=0;i<event_num;i++){   //遍歷返回事件
            if(listen_event[i].data.fd==server_socket){ //如果是server socket,說明有客戶端發(fā)起連接請求，就建立新的連接
                sockaddr_in client_addr;
                socklen_t clinet_size=sizeof(sockaddr_in);
                int client_socket=accept(server_socket,(sockaddr *)&client_addr,&clinet_size);
                if(client_socket<0){    //連接建立失敗,則跳過重連
                    continue;
                }else{
                    cout<<client_addr.sin_addr.s_addr<<":"<<client_addr.sin_port<<" connected"<<endl;
                }
                socket_event.events=EPOLLIN | EPOLLET;    //EPOLLET設(shè)置為ET模式
                socket_event.data.fd=client_socket;
                epoll_ctl(epoll_fd,EPOLL_CTL_ADD,client_socket,&socket_event);  //將獲取到的新連接加入到epoll實(shí)例中
            }else{//如果不是fd，說明是客戶端發(fā)送了數(shù)據(jù)
                int session_socket=listen_event[i].data.fd;     //獲取連接，建立通信
                char *buff;
                int ret = recv(session_socket,buff,2048,0); //非阻塞如果沒有數(shù)據(jù)那么就返回-1
                cout<<buff<<endl;
                }
            }
        }
}

這就是一個簡單的epoll tcp服務(wù)器，它能夠以觸發(fā)的機(jī)制來訪問活動事件的描述符，雖然使用起來相比select復(fù)雜，但是它的效率更高。

SOCKET的本質(zhì)

fd

linux上socket的本質(zhì)是一個fd(file descriptor)文件，它是由linux內(nèi)核動態(tài)創(chuàng)建、銷毀的。所以，socket文件并不是普通的磁盤文件，無法通過傳統(tǒng)路徑訪問，實(shí)際上，它是一個指向進(jìn)程已打開的文件、設(shè)備或 Socket 的引用。每個進(jìn)程啟動時，都會分配三個標(biāo)準(zhǔn)的 fd 文件，這些文件對應(yīng)于?stdin、stdout?和?stderr。除此之外，每個進(jìn)程還可以創(chuàng)建任意數(shù)量的自定義 fd 文件，這些文件可以對應(yīng)于打開的磁盤文件、管道、Socket 等。

我們可以使用readlink來查看fd引用的原文件，比如：

edge瀏覽器的一個crashpad進(jìn)程，PID為74103

可以使用readlink查看具體的引用文件

readlink /proc/74103/fd/fdnumber

如圖，3描述符的引用是一個socket，5描述符是一個dat文件，6描述符是一個bin文件。

客戶端socket

而我們的tcp服務(wù)器，在有客戶端連接時，也會動態(tài)創(chuàng)建fd描述符

如圖我們的server_main的PID為72539,查看其fd

ls /proc/72539/fd 

服務(wù)端已經(jīng)占用了0-4描述符，當(dāng)客戶端連接的時候，服務(wù)的進(jìn)程創(chuàng)建fd5,并讀取緩存，最后銷毀fd5。所以直接readlink 5是空的，因?yàn)槭录呀?jīng)結(jié)束了，我們可以通過循環(huán)讀取來查看：

#! /bin/bash

while :
do
        readlink /proc/72539/fd/5 >> ./socket.log
done

執(zhí)行shell腳本，并用客戶端連接服務(wù)器，查看socket.log:

這個就是客戶端連接服務(wù)器時創(chuàng)建的socket文件。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-469126.html

到了這里，關(guān)于C溫故補(bǔ)缺(十八):網(wǎng)絡(luò)編程的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！