計算機網路之十一：套接字Socket

一：簡介

Socket可以作插口或者插槽，可以想象為一根網線，一頭插在客戶端，一頭插在服務端，然後進行通訊。所以在通訊之前，雙方都要建立一個Socket.

二：基於TCP協議的Socket程式函式呼叫過程

1.TCP的服務端要先監聽一個埠，一般是先呼叫bind函式，給這個Socket賦予一個IP地址和埠。

2.當服務端有了IP和埠號，就可以呼叫listen函式進行監聽。在TCP的狀態圖裡面，有一個listen狀態，當呼叫這個函式之後，服務端就進入這個狀態，

這個時候客戶端客戶端就可以發起連線了。

3.在核心中，為每個Socket維護兩個佇列。一個是已經建立了連線的佇列，這時連線三次握手已經完畢，處於established狀態；一個是還沒有完全建立連線

的佇列，這個時候三次握手還沒完成，處於syn_rcvd的狀態。

4.服務端呼叫accept函式，拿出一個已經完成的連線進行處理。如果還沒有完成，就要等待。

5.在服務端等待的時候，客戶端可以透過connect函式發起連線。先在引數中指明要連線的IP地址和埠號，然後開始發起三次握手。核心會給客戶端分配一個

臨時的埠。一旦握手成功，服務端的accept就會返回另一個Socket.

6.連線建立成功之後，雙方開始透過read和write函式來讀寫資料，就像往一個檔案流裡面寫東西一樣。

Socket在Linux中是以檔案的形式存在的，除此之外，還存在檔案描述符，寫入和讀出，也是透過檔案描述符。每一個程式都有一個資料結構task_struct,裡面指向

一個檔案描述符陣列，來列出這個程式開啟的所有檔案的檔案描述符。檔案描述符是一個整數，就是這個陣列的下標。

三：基於UDP協議的Socket程式函式呼叫過程

1.UDP是沒有連線的，所以不需要三次握手，也就不需要呼叫listen和connect,但是，UDP的互動仍然需要IP和埠號，因而也需要bind

2.UDP是沒有維護連線狀態的，因而不需要每對連線建立一組Socket,而是隻要有一個Socket,就能夠和多個客戶端通訊。因為沒有連線狀態，每次通訊的時候，都調

用sendto和recffrom，都可以傳入IP地址和埠。

四：Socket多程式程式設計

TCP連線數是受限的，首先Socket都是檔案，所以首先要透過ulimit配置檔案描述符的數目；另一個限制是記憶體。

多程式模式相當於設定一個代理，監聽請求，一旦建立了一個連線，就會有一個已連線Socket,這時可以建立一個子程式，然後將基於已連線Socket的互動交給子程式做。

五：Socket多執行緒程式設計

相對於程式來講，執行緒要輕量級的多，新的執行緒也可以透過已連線Socket處理請求，從而達到併發處理的目的。

六：IO多路複用，一個執行緒維護多個Socket

基於程式或者執行緒模型的，其實還是有問題的。新到來一個TCP連線，就需要分配一個程式或者執行緒。C10K，它的意思是一臺機器要維護1萬個連線，就要建立1萬個程式或者

執行緒，那麼作業系統是無法承受的。

由於Socket是檔案描述符，因而某個執行緒盯的所有的Socket,都放在一個檔案描述符fd_set中，然後呼叫select函式來監聽檔案描述符集合是否有變化，一旦有變化，就依次檢視

每個檔案描述。那些發生變化的檔案描述符在fd_set對應的位都設為1，表示Socket可讀或者可寫，從而可以進行讀寫操作，然後再呼叫select，接著看下一輪的變化。

七：IO多路複用，epoll模式

epoll它在核心中的實現不是透過輪詢方式，而是透過註冊callback函式的方式，當某個檔案描述發生變化時，就會主動通知。這種通知方式使得監聽的Socket資料增加的時候，效率

不會大幅度降低，能夠同時監聽的Socket的數目也非常多。epoll被稱為解決C10K問題的利器