文章目錄

一、域（domain） 二、類型（type） 三、協(xié)議（protocol） 四、socket緩沖區(qū)以及阻塞模式 1、緩沖區(qū)簡介 2、使用write()/send()發(fā)送數(shù)據(jù) 3、使用read()/recv()讀取數(shù)據(jù) 4、系統(tǒng)調(diào)用read()的返回錯誤場景 五、面試題--->TCP服務(wù)端一直sleep，客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)問題 1、TCP發(fā)送數(shù)據(jù)的過程 2、阻塞方式的情況 3、非阻塞方式的情況 ?套接字是一種通信機制（通信的兩方的一種約定），憑借這種機制，不同主機之間的進程可以進行通信。我們可以用套接字中的相關(guān)函數(shù)來完成通信過程。

?套接字的特性有三個屬性確定，它們是：域（domain），類型（type），和協(xié)議（protocol）。

一、域（domain）

?域指定套接字通信中使用的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)。最常見的套接字域是 AF_INET（IPv4）或者AF_INET6(IPV6)，它是指 Internet 網(wǎng)絡(luò)，許多 Linux 局域網(wǎng)使用的都是該網(wǎng)絡(luò)，當然，因特網(wǎng)自身用的也是它。

二、類型（type）

流套接字（SOCK_STREAM）：

?流套接字用于提供面向連接、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。該服務(wù)將保證數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)無差錯、無重復發(fā)送，并按順序接收。流套接字之所以能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)服務(wù)，原因在于其使用了傳輸控制協(xié)議，即TCP（The Transmission Control Protocol）協(xié)議。

數(shù)據(jù)報套接字（SOCK_DGRAM）：

?數(shù)據(jù)報套接字提供了一種無連接的服務(wù)。該服務(wù)并不能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，?shù)據(jù)有可能在傳輸過程中丟失或出現(xiàn)數(shù)據(jù)重復，且無法保證順序地接收到數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)報套接字使用UDP（User Datagram Protocol）協(xié)議進行數(shù)據(jù)的傳輸。由于數(shù)據(jù)報套接字不能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，對于有可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)丟失情況，需要在程序中做相應(yīng)的處理。

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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(shù)據(jù)報套接字）的區(qū)別在于：原始套接字可以讀寫內(nèi)核沒有處理的IP數(shù)據(jù)包，而流套接字只能讀取TCP協(xié)議的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)報套接字只能讀取UDP協(xié)議的數(shù)據(jù)。因此，如果要訪問其他協(xié)議發(fā)送數(shù)據(jù)必須使用原始套接字。

三、協(xié)議（protocol）

0： ? 使用默認協(xié)議；

IPPROTO_TCP； ? 使用TCP協(xié)議；

IPPROTO_UDP； ? 使用UDP協(xié)議；

四、socket緩沖區(qū)以及阻塞模式

1、緩沖區(qū)簡介

?每個 socket 被創(chuàng)建后，都會分配兩個緩沖區(qū)，輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)。

?write()/send() 并不立即向網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)，而是先將數(shù)據(jù)寫入緩沖區(qū)中，再由TCP協(xié)議將數(shù)據(jù)從緩沖區(qū)發(fā)送到目標機器。一旦將數(shù)據(jù)寫入到緩沖區(qū)，函數(shù)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(fā)送到網(wǎng)絡(luò)，這些都是TCP協(xié)議負責的事情。 ?read()/recv() 函數(shù)也是如此，也從輸入緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)，而不是直接從網(wǎng)絡(luò)中讀取。

I/O緩沖區(qū)在每個TCP套接字中單獨存在； I/O緩沖區(qū)在創(chuàng)建套接字時自動生成； 即使關(guān)閉套接字也會繼續(xù)傳送輸出緩沖區(qū)中遺留的數(shù)據(jù)； 關(guān)閉套接字將丟失輸入緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)。

2、使用write()/send()發(fā)送數(shù)據(jù)

【阻塞模式下】：

首先會檢查緩沖區(qū)，如果緩沖區(qū)的可用空間長度小于要發(fā)送的數(shù)據(jù)，那么 write()/send() 會被阻塞（暫停執(zhí)行），直到緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)被發(fā)送到目標機器，騰出足夠的空間，才喚醒 write()/send() 函數(shù)繼續(xù)寫入數(shù)據(jù)；

如果TCP協(xié)議正在向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)，那么輸出緩沖區(qū)會被鎖定，不允許寫入，write()/send() 也會被阻塞，直到數(shù)據(jù)發(fā)送完畢緩沖區(qū)解鎖，write()/send() 才會被喚醒。如果TCP協(xié)議正在向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)，那么輸出緩沖區(qū)會被鎖定，不允許寫入，write()/send() 也會被阻塞，直到數(shù)據(jù)發(fā)送完畢緩沖區(qū)解鎖，write()/send() 才會被喚醒；

如果要寫入的數(shù)據(jù)大于緩沖區(qū)的最大長度，那么將分批寫入。如果要寫入的數(shù)據(jù)大于緩沖區(qū)的最大長度，那么將分批寫入；直到所有數(shù)據(jù)被寫入緩沖區(qū) write()/send() 才能返回。直到所有數(shù)據(jù)被寫入緩沖區(qū) write()/send() 才能返回。

send()函數(shù)默認情況下會使用Nagle算法。Nagle算法通過將未確認的數(shù)據(jù)存入緩沖區(qū)直到積攢到一定數(shù)量一起發(fā)送的方法，來降低主機發(fā)送零碎小數(shù)據(jù)包的數(shù)目。所以假設(shè)send()函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)過快的話，該算法會將一些數(shù)據(jù)打包后統(tǒng)一發(fā)出去。通過setsockopt()的TCP_NODELAY選項來禁用Nagle算法。

【非阻塞模式下】：

send()函數(shù)的過程僅僅是將數(shù)據(jù)拷貝到協(xié)議棧的緩沖區(qū)而已，如果緩沖區(qū)可用空間不夠，則盡可能拷貝，返回成功拷貝的大小；如果緩存區(qū)可用空間為0，則返回-1，同時設(shè)置errno為EAGAIN。

3、使用read()/recv()讀取數(shù)據(jù)

【阻塞模式下】：

首先會檢查緩沖區(qū)，如果緩沖區(qū)中有數(shù)據(jù)，那么就讀取，否則函數(shù)會被阻塞，直到網(wǎng)絡(luò)上有數(shù)據(jù)到來；

如果要讀取的數(shù)據(jù)長度小于緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)長度，那么就不能一次性將緩沖區(qū)中的所有數(shù)據(jù)讀出，剩余數(shù)據(jù)將不斷積壓，直到讀取到數(shù)據(jù)后 read()/recv() 函數(shù)才會返回，否則就一直被阻塞。

【非阻塞模式下】：

接收數(shù)據(jù)時perror時常遇到“Resource temporarilyunavailable”的提示，errno代碼為11(EAGAIN)。這表明你在非阻塞模式下調(diào)用了阻塞操作，在該操作沒有完成就返回這個錯誤，這個錯誤不會破壞socket的同步，繼續(xù)循環(huán)接著recv就可以。

4、系統(tǒng)調(diào)用read()的返回錯誤場景

EINTR：在讀取到數(shù)據(jù)以前調(diào)用被信號所中斷。

EAGAIN：使用 O_NONBLOCK 標志指定了非阻塞式輸入輸出,但當前沒有數(shù)據(jù)可讀或者使用了阻塞操作。

EIO：輸入輸出錯誤.可能是正處于后臺進程組進程試圖讀取其控制終端,但讀操作無效,或者被信號SIGTTIN所阻塞,或者其進程組是孤兒進程組.也可能執(zhí)行的是讀磁盤或者磁帶機這樣的底層輸入輸出錯誤。

EISDIR：fd 指向一個目錄。

EBADF：fd 不是一個合法的文件描述符,或者不是為讀操作而打開。

EINVAL：fd 所連接的對象不可讀。

EFAULT：buf 超出用戶可訪問的地址空間。

EWOULDBLOCK：用于非阻塞模式，表示不需要重新讀或者寫。

五、面試題—>TCP服務(wù)端一直sleep，客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)問題

1、TCP發(fā)送數(shù)據(jù)的過程

?TCP發(fā)送數(shù)據(jù)的大體過程：首先，TCP是有鏈接的可靠傳輸協(xié)議，所謂可靠也就是說保證客戶端發(fā)送的數(shù)據(jù)服務(wù)端都能夠收到，并且是按序收到。那么對于上面的問題就不可能存在數(shù)據(jù)的丟棄。那么客戶端一直發(fā)送數(shù)據(jù)越來越多怎么辦？下面我們分析一下TCP的傳輸過程。

1. 數(shù)據(jù)首先由應(yīng)用程序緩沖區(qū)復制到發(fā)送端的輸出緩沖區(qū)（位于內(nèi)核），注意這個過程是用類似write功能的函數(shù)完成的。有的人通?？吹絯rite成功就以為數(shù)據(jù)發(fā)送到了對端主機，其實這是錯誤的，write成功僅僅表示數(shù)據(jù)成功的由應(yīng)用進程緩沖區(qū)復制到了輸出緩沖區(qū)。

2. 然后內(nèi)核協(xié)議棧將輸出緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)發(fā)送到對端主機，注意這個過程不受應(yīng)用程序控制，而是發(fā)送端內(nèi)核協(xié)議棧完成，其中包括使用滑動窗口、擁塞控制等功能。

3. 數(shù)據(jù)到達接收端主機的輸入緩沖區(qū)，注意這個接收過程也不受應(yīng)用程序控制，而是由接收端內(nèi)核協(xié)議棧完成，其中包括發(fā)送ack確認等。

4. 數(shù)據(jù)由套接字接收緩沖區(qū)復制到接收端應(yīng)用程序緩沖區(qū)，注意這個過程是由類似read等函數(shù)來完成。

2、阻塞方式的情況

?阻塞方式下，如果服務(wù)端一直sleep不接收數(shù)據(jù)，而客戶端一直write，也就是只能執(zhí)行上述過程中的前三步，這樣最終結(jié)果肯定是接收端的輸入緩沖區(qū)和發(fā)送端的輸出緩沖區(qū)都被填滿，這樣write就無法繼續(xù)將數(shù)據(jù)從應(yīng)用程序復制到發(fā)送端的輸出緩沖區(qū)了，從而使進程進入睡眠。

3、非阻塞方式的情況

?非阻塞情況下，服務(wù)端一直sleep，客戶端一直write數(shù)據(jù)的結(jié)果：開始客戶端write成功，隨著客戶端write，接收端的輸入緩沖區(qū)和發(fā)送端的輸出緩沖區(qū)會被填滿。當發(fā)送端的輸出緩沖區(qū)的可用空間小于write請求寫的字節(jié)數(shù)時，write立即返回-1，并將errno置為EWOULDBLOCK。

UDP的接收緩沖區(qū)： 每個UDP Socket都有一個接收緩沖區(qū)，沒有發(fā)送緩沖區(qū)。有數(shù)據(jù)就直接發(fā)送，不管對方是否能夠正確接收，也不管對端接收緩沖區(qū)是否已經(jīng)滿了。 UDP是沒有流量控制的；快的發(fā)送者可以很容易地就淹沒慢的接收者，導致接收方的UDP丟棄數(shù)據(jù)報