1、輕松入門 實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用 從項(xiàng)目開發(fā)角度 為你搭建完整的知識(shí)體系 wangbaominglinux Socket-應(yīng)用編程-專題講座 written by 王保明5Socket Api編程進(jìn)價(jià)2服務(wù)器端多進(jìn)程并發(fā)子進(jìn)程退出問題TCP回射客戶/服務(wù)器模型總結(jié)TCP是個(gè)流協(xié)議q TCP是基于字節(jié)流傳輸?shù)?，只維護(hù)發(fā)送出去多少，確認(rèn)了多少，沒有維護(hù)消息與消息之間的邊界，因而可能導(dǎo)致粘包問題。q 粘包問題解決方法是在應(yīng)用層維護(hù)消息邊界。僵進(jìn)程與SIGCHLD信號(hào)服務(wù)器端避免僵尸進(jìn)程的方法：1）通過忽略SIGCHLD信號(hào)，解決僵尸進(jìn)程q signal(SIGCHLD, SIG_IGN)q2）通過wait方法，解

2、決僵尸進(jìn)程q signal(SIGCHLD, handle_sigchld);q wait(NULL)3）通過waitpid方法，解決僵尸進(jìn)程q signal(SIGCHLD, handle_sigchld);q wait(-1, NULL, WNOHANG) q6Socket Api 與TCP/IP的11種狀態(tài) TCP/IP協(xié)議的11種狀態(tài) 理解0：什么是主動(dòng)套接字，什么是被動(dòng)套接字？理解1:為什么TCP/IP要三次握手，和四次斷開？理解2：客戶端狀態(tài)向前推進(jìn)過程，服務(wù)器端狀態(tài)向前推進(jìn)過程理解3：執(zhí)行主動(dòng)關(guān)閉的那一端，進(jìn)入TIME_WAIT狀態(tài)理解4：TIME_WAIT 時(shí)間是多長(zhǎng)2MSL

3、（2倍的最大生命期時(shí)間） 原因：（ACK y+1）如果發(fā)送失敗可以重發(fā)。 服務(wù)器端處于closed狀態(tài)，不等于客戶端也處于closed狀態(tài)。理解5：圖上幾種狀態(tài)，還有一種CLOSING狀態(tài)兩端同時(shí)關(guān)閉將產(chǎn)生closing狀態(tài)，最后雙方都進(jìn)入TIME_WAIT狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)：1） 關(guān)閉服務(wù)方子進(jìn)程，觀察TCP/IP狀態(tài)2） 關(guān)閉客戶端，觀察TCP/IP狀態(tài)。SIGPIPE如果對(duì)方socket已關(guān)閉，對(duì)等方再發(fā)寫數(shù)據(jù)，則會(huì)產(chǎn)生SIGPIPE信號(hào)q SIGPIPE信號(hào)會(huì)讓進(jìn)程終止（man 7 signal，閱讀SIGPIPE默認(rèn)ACT）q 往一個(gè)已經(jīng)接收FIN的套接中寫是允許的，接收到FIN僅僅代表對(duì)方

4、不再發(fā)送數(shù)據(jù)。q 在收到RST段之后，如果再調(diào)用write就會(huì)產(chǎn)生SIGPIPE信號(hào)，對(duì)于這個(gè)信號(hào)的處理我們通常忽略即可。signal(SIGPIPE, SIG_IGN); 結(jié)論：對(duì)SIGPIPE處理方法：1）忽略該信號(hào)即可signal(SIGPIPE, SIG_IGN);2）捕捉。改變默認(rèn)行為。TCP/IP 的RST段重置1）服務(wù)器端啟動(dòng)、客戶端啟動(dòng)2）服務(wù)器端先kill與客戶端通訊的子進(jìn)程，服務(wù)器端會(huì)給客戶端發(fā)送FIN分節(jié)此時(shí)：只代表服務(wù)器端不發(fā)送數(shù)據(jù)了，不能代表客戶端不能往套接字中寫數(shù)據(jù)。3）如果子進(jìn)程此時(shí)寫數(shù)據(jù)給服務(wù)器端（解除屏幕阻塞，輸入字符aaaa），將要導(dǎo)致TCP/IP協(xié)議重置，

5、產(chǎn)生RST段；產(chǎn)生SIGPIPE信號(hào)。4）所以，一般情況下，需要我們處理SIGPIPE信號(hào)，忽略即可。close與shutdown區(qū)別q close終止了數(shù)據(jù)傳送的兩個(gè)方向。q shutdown可以有選擇的終止某個(gè)方向的數(shù)據(jù)傳送或者終止數(shù)據(jù)傳送的兩個(gè)方向。q shutdown how=1就可以保證對(duì)等方接收到一個(gè)EOF字符，而不管其他進(jìn)程是否已經(jīng)打開了套接字。而close不能保證，直到套接字引用計(jì)數(shù)減為0時(shí)才發(fā)送。也就是說直到所有的進(jìn)程都關(guān)閉了套接字。思考1客戶端向服務(wù)器發(fā)送：FIN(close) E D C B A，問：服務(wù)器還能收到數(shù)據(jù)嗎？服務(wù)器還可以向客戶端回報(bào)文嗎？客戶端想在關(guān)閉之后，

6、仍然能接收到回射服務(wù)器應(yīng)答（shutdown）。思考2父進(jìn)程中close(conn);會(huì)不會(huì)向客戶端發(fā)送FIN報(bào)文段那？ 文件的引用計(jì)數(shù)-1，當(dāng)減少為0，才會(huì)發(fā)送引用計(jì)數(shù)。思考3： 客戶端/shutdown(sock, SHUT_WR);只關(guān)閉了寫；7五種I/O模型 阻塞I/O說明1：當(dāng)上層應(yīng)用app1調(diào)用recv系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，如果對(duì)等方?jīng)]有發(fā)送數(shù)據(jù)（緩沖區(qū)沒有數(shù)據(jù)），上層應(yīng)用app1將阻塞（默認(rèn)行為，被linux內(nèi)核阻塞）；說明2：當(dāng)對(duì)等方發(fā)送了數(shù)據(jù)，linux內(nèi)核recv端緩沖區(qū)，有數(shù)據(jù)后，內(nèi)核會(huì)把數(shù)據(jù)copy給用戶空間。然后上層應(yīng)用app1解除阻塞，執(zhí)行下一步操作。非阻塞I/O說明1： 上

7、層應(yīng)用程序app2將套接字設(shè)置成非阻塞模式。說明2： 上層應(yīng)用程序app2輪詢調(diào)用recv函數(shù)，接受數(shù)據(jù)。若緩沖區(qū)沒有數(shù)據(jù)，上層程序app2不會(huì)阻塞，recv返回值為-1，錯(cuò)誤碼是EWOULDBLOCK。說明3：上層應(yīng)用程序不斷輪詢有沒有數(shù)據(jù)到來。會(huì)造成上層應(yīng)用忙等待。大量消耗CPU。很少直接用。應(yīng)用范圍小，一般和selectIO復(fù)用配合使用。I/O復(fù)用 說明1： 上層應(yīng)用程序app3調(diào)用select機(jī)制（該機(jī)制有l(wèi)inux內(nèi)核支持，避免了app3忙等待。），進(jìn)行輪詢文件描述符的狀態(tài)變化。說明2：當(dāng)select管理的文件描述符沒有數(shù)據(jù)（或者狀態(tài)沒有變化時(shí)），上層應(yīng)用程序app3也會(huì)阻塞。說明3

8、：好處select機(jī)制可以管理多個(gè)文件描述符說明4：select可以看成一個(gè)管理者，用select來管理多個(gè)IO。一旦檢測(cè)到的一個(gè)I/O或者多個(gè)IO，有我們感興事件，發(fā)生，select函數(shù)將返回，返回值為檢測(cè)到的事件個(gè)數(shù)。進(jìn)而可以利用select相關(guān)api函數(shù)，操作具體事件。說明5：select函數(shù)可以設(shè)置等待時(shí)間，避免了上層應(yīng)用程序app3，長(zhǎng)期僵死。說明6: 和阻塞IO模型相比，selectI/O復(fù)用模型相當(dāng)于提前阻塞了。等到有數(shù)據(jù)到來時(shí)，再調(diào)用recv就不會(huì)發(fā)生阻塞。信號(hào)驅(qū)動(dòng)I/O說明1： 上層應(yīng)用程序app4建立SIGIO信號(hào)處理程序。當(dāng)緩沖區(qū)有數(shù)據(jù)到來，內(nèi)核會(huì)發(fā)送信號(hào)告訴上層應(yīng)用程序

9、app4。說明2：上層應(yīng)用程序app4接收到信號(hào)后，調(diào)用recv函數(shù)，因緩沖區(qū)有數(shù)據(jù)，recv函數(shù)一般不會(huì)阻塞。說明3：這種用于模型用的比較少，屬于典型的“拉模式”。即：上層應(yīng)用app4,需要調(diào)用recv函數(shù)把數(shù)據(jù)拉進(jìn)來。異步I/O 說明1：上層應(yīng)用程序app5調(diào)用aio_read函數(shù)，同時(shí)提交一個(gè)應(yīng)用層的緩沖區(qū)buf；調(diào)用完畢后，不會(huì)阻塞。上層應(yīng)用程序app5可以繼續(xù)其他任務(wù)。說明2：當(dāng)tcpip協(xié)議緩沖區(qū)有數(shù)據(jù)時(shí)，linux主動(dòng)的把內(nèi)核數(shù)據(jù)copy到用戶空間。然后再給上層應(yīng)用app5發(fā)送信號(hào)；告訴app5數(shù)據(jù)有了，趕快處理吧！說明3：典型的“推模式”說明4： 效率最高的一種形式，上層應(yīng)用程

10、序app5有異步處理的能力（在linux內(nèi)核的支持下，言外之意：處理其他任務(wù)的同時(shí)，也可支持IO通訊）。異步I/O指的是什么？上層應(yīng)用程序app5，在也可以干別的活的時(shí)，可以接收數(shù)據(jù)（接受異步通信事件。=）異步命令來源）。與信號(hào)驅(qū)動(dòng)IO模型，上層應(yīng)用程序app5不需要調(diào)用recv函數(shù)。結(jié)論：IO復(fù)用和異步IO是重點(diǎn)。8 I/O復(fù)用模型 select基本概念其他重要概念補(bǔ)充 阻塞IO 數(shù)據(jù)沒有準(zhǔn)備好, 讀操作就會(huì)阻塞 數(shù)據(jù)不能立即被收時(shí), 寫操作就會(huì)阻塞 打開文件時(shí)阻塞, 直到某些條件發(fā)生 非阻塞IO 立即返回, 并用錯(cuò)誤值來表示當(dāng)前的狀態(tài) 指定非阻塞方式 打開時(shí)指定O_NONBLOCK 標(biāo)志

11、使用fcntl 打開或關(guān)閉非阻塞方式 網(wǎng)絡(luò)編程時(shí), 使用非阻塞, 用輪詢方式發(fā)送 使用多線程可以避免使用非阻塞IO, 但是同步開銷較大多路IO 當(dāng)程序需要同時(shí)從兩個(gè)輸入讀數(shù)據(jù)時(shí) 使用多進(jìn)程/多線程, 同步復(fù)雜, 進(jìn)程線程開銷 使用非阻塞IO, 交替輪詢 通過信號(hào)使用異步IO, 無法判斷哪個(gè)IO完成 多路IO: 把關(guān)心的IO放入一個(gè)列表, 調(diào)用多路函數(shù) 多路IO函數(shù)阻塞, 直到有一個(gè)IO數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后返回 返回后告訴調(diào)用者哪個(gè)描述符準(zhǔn)備好了select()實(shí)現(xiàn)說明 調(diào)用select時(shí)通過參數(shù)告訴內(nèi)核用戶感興趣的IO描述符 關(guān)心的IO狀態(tài): 輸入,輸出或錯(cuò)誤 調(diào)用者等待時(shí)間 返回之后內(nèi)核告訴調(diào)用者多

12、個(gè)描述符準(zhǔn)備好了 哪些描述符發(fā)生了變化 調(diào)用返回后對(duì)準(zhǔn)備好的描述符調(diào)用讀寫操作 不關(guān)心的描述符集合傳NULLselect() /* According to POSIX 1003.1-2001 */#include /* According to earlier standards */#include #include #include int select(int n, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout); 如果成功，返回所有sets中描述符的個(gè)數(shù)；如果超時(shí)，返回0；如

13、果出錯(cuò)，返回-1。 監(jiān)視r(shí)eadfds來查看是否read的時(shí)候會(huì)被堵塞，注意，即便到了end-of-file，fd也是可讀的。 監(jiān)視writefds看寫的時(shí)候會(huì)不會(huì)被堵塞。 監(jiān)視exceptfd是否出現(xiàn)了異常。主要用來讀取OOB數(shù)據(jù)，異常并不是指出錯(cuò)。 注意當(dāng)一個(gè)套接口出錯(cuò)時(shí)，它會(huì)變得既可讀又可寫。 如果有了狀態(tài)改變，會(huì)將其他fd清零，只有那些發(fā)生改變了的fd保持置位，以用來指示set中的哪一個(gè)改變了狀態(tài)。 參數(shù)n是所有set里所有fd里，具有最大值的那個(gè)fd的值加1fd_set 四個(gè)宏用來對(duì)fd_set進(jìn)行操作： FD_CLR(int fd, fd_set *set); FD_ISSET(i

14、nt fd, fd_set *set); FD_SET(int fd, fd_set *set); FD_ZERO(fd_set *set); FD_ZERO用來清空set； FD_SET和FD_CLR用來對(duì)某個(gè)set添加和刪除一個(gè)fd； FD_ISSET用來指示一個(gè)fd是不是一個(gè)set的一部分。他很有用，用來看select后哪一個(gè)fd可用了。time_outn timeout是從調(diào)用開始到select返回前，會(huì)經(jīng)歷的最大等待時(shí)間。n 兩種特殊情況：如果為值為0，會(huì)立刻返回。n 如果timeout是NULL,會(huì)阻塞式等待。 struct timeval long tv_sec; /* seco

15、nds */ long tv_usec; /* microseconds */ ;n 一些調(diào)用使用3個(gè)空的set, n為zero, 一個(gè)非空的timeout來達(dá)到較為精確的sleep.n Linux中, select函數(shù)改變了timeout值，用來指示還剩下的時(shí)間，但很多實(shí)現(xiàn)并不改timeout。n 為了較好的可移植性，timeout在循環(huán)中需要被重新賦初值。 timeout= NULL 無限等待 被信號(hào)打斷時(shí)返回1, errno 設(shè)置成 EINTR timeout-tv_sec = 0 & tvptr-tv_usec = 0 不等待立即返回 timeout-tv_sec != 0 | tvp

16、tr-tv_usec != 0 等待特定時(shí)間長(zhǎng)度, 超時(shí)返回0select示例man 手冊(cè)select實(shí)現(xiàn)原理說明 fd_set是一個(gè)位向量, 每位表示一個(gè)描述符 int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset); 測(cè)試某個(gè)描述符是否在集合內(nèi) void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset); 從集合內(nèi)把一個(gè)描述符移除 void FD_SET(int fd, fd_set *fdset); 把一個(gè)描述符加入集合 void FD_ZERO(fd_set *fdset); 清空描述符集合 可以把同一個(gè)描述符同時(shí)放取讀和寫集合 當(dāng)讀和寫者準(zhǔn)備好時(shí), 返回值的

17、計(jì)數(shù)分別加1次 普通文件的三種狀態(tài)總是返回準(zhǔn)備好的狀態(tài) 是否阻塞式IO不會(huì)影響select的結(jié)果 如果一個(gè)描述符到了文件結(jié)尾,select返回的狀態(tài)是準(zhǔn)備好 對(duì)一個(gè)準(zhǔn)備好的描述符, 讀出長(zhǎng)度是0表示到達(dá)結(jié)尾簡(jiǎn)單select語法用select完善echoclient用select完善echoserver套接字IO超時(shí)設(shè)置方法套接字I/O超時(shí)設(shè)置方法q alarmq 套接字選項(xiàng) q SO_SNDTIMEOq SO_RCVTIMEOq select鬧鐘方法alarm方案1void handler(int sig) return 0; /鬧鐘僅用來做打斷read操作，無其他用途/設(shè)置一個(gè)鬧鐘，5秒鐘以后打斷read函數(shù)，達(dá)到超時(shí)的目的SIGALRMsignal(SIGALRM, handle);alarm(5)int ret = read(fd, buf, sizeof(buf);if (ret=-1 & errno=EINTR)errno = ETIMEDOUT;else if