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计算机网络之十一:套接字Socket

原创 网络安全 作者:百联达 时间:2019-07-05 11:08:19 0 删除 编辑

一:简介

Socket可以作插口或者插槽,可以想象为一根网线,一头插在客户端,一头插在服务端,然后进行通信。所以在通信之前,双方都要建立一个Socket.

二:基于TCP协议的Socket程序函数调用过程

1.TCP的服务端要先监听一个端口,一般是先调用bind函数,给这个Socket赋予一个IP地址和端口。

2.当服务端有了IP和端口号,就可以调用listen函数进行监听。在TCP的状态图里面,有一个listen状态,当调用这个函数之后,服务端就进入这个状态,

这个时候客户端客户端就可以发起连接了。

3.在内核中,为每个Socket维护两个队列。一个是已经建立了连接的队列,这时连接三次握手已经完毕,处于established状态;一个是还没有完全建立连接

的队列,这个时候三次握手还没完成,处于syn_rcvd的状态。

4.服务端调用accept函数,拿出一个已经完成的连接进行处理。如果还没有完成,就要等待。

5.在服务端等待的时候,客户端可以通过connect函数发起连接。先在参数中指明要连接的IP地址和端口号,然后开始发起三次握手。内核会给客户端分配一个

临时的端口。一旦握手成功,服务端的accept就会返回另一个Socket.

6.连接建立成功之后,双方开始通过read和write函数来读写数据,就像往一个文件流里面写东西一样。

Socket在Linux中是以文件的形式存在的,除此之外,还存在文件描述符,写入和读出,也是通过文件描述符。每一个进程都有一个数据结构task_struct,里面指向

一个文件描述符数组,来列出这个进程打开的所有文件的文件描述符。文件描述符是一个整数,就是这个数组的下标。


三:基于UDP协议的Socket程序函数调用过程

1.UDP是没有连接的,所以不需要三次握手,也就不需要调用listen和connect,但是,UDP的交互仍然需要IP和端口号,因而也需要bind

2.UDP是没有维护连接状态的,因而不需要每对连接建立一组Socket,而是只要有一个Socket,就能够和多个客户端通信。因为没有连接状态,每次通信的时候,都调

用sendto和recffrom,都可以传入IP地址和端口。

四:Socket多进程编程

TCP连接数是受限的,首先Socket都是文件,所以首先要通过ulimit配置文件描述符的数目;另一个限制是内存。

多进程模式相当于设置一个代理,监听请求,一旦建立了一个连接,就会有一个已连接Socket,这时可以创建一个子进程,然后将基于已连接Socket的交互交给子进程做。

五:Socket多线程编程

相对于进程来讲,线程要轻量级的多,新的线程也可以通过已连接Socket处理请求,从而达到并发处理的目的。

六:IO多路复用,一个线程维护多个Socket

基于进程或者线程模型的,其实还是有问题的。新到来一个TCP连接,就需要分配一个进程或者线程。C10K,它的意思是一台机器要维护1万个连接,就要创建1万个进程或者

线程,那么操作系统是无法承受的。

由于Socket是文件描述符,因而某个线程盯的所有的Socket,都放在一个文件描述符fd_set中,然后调用select函数来监听文件描述符集合是否有变化,一旦有变化,就依次查看

每个文件描述。那些发生变化的文件描述符在fd_set对应的位都设为1,表示Socket可读或者可写,从而可以进行读写操作,然后再调用select,接着看下一轮的变化。


七:IO多路复用,epoll模式

epoll它在内核中的实现不是通过轮询方式,而是通过注册callback函数的方式,当某个文件描述发生变化时,就会主动通知。这种通知方式使得监听的Socket数据增加的时候,效率

不会大幅度降低,能够同时监听的Socket的数目也非常多。epoll被称为解决C10K问题的利器


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10年以上互联网经验,先后从事过制造业,证券业,物业行业和物流行业信息系统和互联网产品的研发,6年系统架构经验。最近关注Kubernetes微服务架构和Istio微服务治理框架。

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