一、socket

socket 网络套接字一个文件文件描述符指向一个套接字（该套接字内部由内核借助两个缓冲区实现（接收缓冲区和发送缓冲区））通讯过程中，套接字一定是 【成对】 出现的。

二、网络字节序


小端法（PC本地存储）：   高位存高地址。低位存低地址。
大端法（网络存储）：         高位存低地址。低位存高地址。涉及的四个函数：man htonl1.NAMEhtonl, htons, ntohl, ntohs - convert values between host and network byte order2.SYNOPSIS#include <arpa/inet.h>uint32_t htonl(uint32_t hostlong); //本地->网络（IP） converts the unsigned integer hostlong from host byte order to network byte order.//这里的IP指的不是192.168.1.1这样的字符串形式uint16_t htons(uint16_t hostshort);   //本地->网络（Port） converts the unsigned short integer hostshort from host byte order to network byte order.uint32_t ntohl(uint32_t netlong);  //网络->本地（IP） converts the unsigned integer netlong from network byte order to host byte order.uint16_t ntohs(uint16_t netshort);   //网络->本地（Port） converts the unsigned short integer netshort from network byte order to host byte order.

三、IP地址转换函数

主机字节序（小端）和网络字节序（大端）相互转换时，需要用到此节提到的转换函数。

1.inet_pton()//本地字节序（string IP）-> 网络字节序//客户端connect()函数会用到man inet_pton1)NAMEinet_pton - convert IPv4 and IPv6 addresses from text to binary form2)SYNOPSIS#include <arpa/inet.h>int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);3)PARAMETERaf:指定IP协议AF_INET  IPv4AF_INET6 IPv6src:传入IP地址（点分十进制，192.168.1.1）dst：值结果参数，传出转换后的网络字节序 IP 地址。4)RETURN VALUEinet_pton() returns  1 on success (network address was successfully converted).  0 is returned if src does not contain a character string repre‐senting a valid network address in the specified address family.  If af does not contain a valid address family, -1 is returned and errno is  set to EAFNOSUPPORT.                 2.inet_ntop() //网络字节序-> 本地字节序（string IP）//服务端accept()函数会用到1)NAMEinet_ntop - convert IPv4 and IPv6 addresses from binary to text form2)SYNOPSIS#include <arpa/inet.h>const char *inet_ntop(int af, const void *src,char *dst, socklen_t size);3)PARAMETERaf:指定IP协议AF_INET  IPv4AF_INET6 IPv6src: 传入网络字节序 IP 地址dst：值结果参数，传出转换后的IP地址（点分十进制，192.168.1.1）。4)RETURN VALUEOn success, inet_ntop() returns a non-null pointer to dst.  NULL is returned if there was an error, with errno set to indicate the error.

四、sockaddr 和 sockaddr_in 地址结构体

  1. sockaddr 和 sockaddr_in 区别

    大小相同，都是16字节。
区别在于：sockaddr 诞生日期早，底层封装应用的多。sockaddr_in 后来诞生，更精细化，现在更常用。故现在使用的都是 sockaddr_in，但在bind()，accept()时都需要将sockaddr_in强转为sockaddr才行 。

  1. sockaddr_in结构体详解

    man 7 ip  //查看 sockaddr_in 信息struct sockaddr_in {sa_family_t    sin_family; /* address family: AF_INET */in_port_t      sin_port;   /* port in network byte order */struct in_addr sin_addr;   /* internet address */};/* Internet address. */struct in_addr {uint32_t       s_addr;     /* address in network byte order */};

  2. 实际应用

    man 7 ip  //查看 sockaddr_in 信息实际应用步骤如下：1.定义并赋值 sockaddr_in 结构体2.将 socketaddr_in 强转为 sockaddr 指针类型。示例：struct sockaddr_in addr;addr.sin_family = AF_INET; //AF_INET6addr.sin_port = htons(8080);/* 方式 1，这种不常用。inet_pton(AF_INET,"10.219.10.193",(void*)&addr_s.sin_addr);或者int dst;inet_pton(AF_INET,"192.168.1.1",(void*)dst);addr.sin_addr.s_addr = dst;*///方式2 ，这是常用方式。addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);//INADDR_ANY 取系统中有效的任意IP地址，二进制类型。bind(fd,(struct sockaddr*)addr,size);

五、服务端和客户端通讯

 一般通讯由 3 个描述符组成。一对用于客户端和服务器通讯，一个用于监听。listen()函数的作用是设置监听上线（同一时刻接收到连接的个数），而不是设置监听。accept()函数才是阻塞监听客户端连接。accept()接收到客户端connect()连接后会生成一个新的socket用于通讯，而accept()调用的 fd 会返回继续进行监听。客户端在connect()前没有显示bind()绑定客户端地址，那采用的就是“隐式绑定”。


六、TCP网络编程涉及函数

  1. socket

    man 2 socket1.NAMEsocket - create an endpoint for communication2.SYNOPSIS#include <sys/types.h>          /* See NOTES */#include <sys/socket.h>int socket(int domain, int type, int protocol);
3.PARAMETERdomain:      常用的有3个：AF_UNIX //Local communication   AF_INET //IPv4 Internet protocolsAF_INET6 //IPv6 Internet protocols                            type: 常用的有2个：SOCK_STREAM //流 TCPSOCK_DGRAM //报文 UDPprotocol:默认 0 即可。 //所选用协议的代表协议是什么，也就是type对应的协议。0就是默认的指代。默认：SOCK_STREAM -> TCP ;SOCK_DGRAM -> UDP.
4.RTETURN VALUEOn success, a file descriptor for the new socket is returned.  On error, -1 is returned, and errno is set appropriately.

  2. bind

    man 2 bind1.NAMEbind - bind a name to a socket2.SYNOPSIS#include <sys/types.h>          /* See NOTES */#include <sys/socket.h>int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
3.PARAMETERsockfd: socket函数返回值struct sockaddr_in addr;addr.sinfamily = AF_INET;addr.sin_port = htons(8888);addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); //系统自行选择IPinet_pton(AF_INET,"10.219.10.193",(void*)&addr_s.sin_addr); //指定IPaddr:(struct sockaddr *)&addr addrlen:sizeof(addr)
4.RETURN VALUEOn success, zero is returned.  On error, -1 is returned, and errno is set appropriately.

  3. listen

    //设置同时与服务器建立连接的上线数 （同时进行三次握手的客户端数量）man 2 listen1.NAMElisten - listen for connections on a socket2.SYNOPSIS#include <sys/types.h>          /* See NOTES */#include <sys/socket.h>int listen(int sockfd, int backlog);
3.PARAMETERsockfd: socket 函数返回值backlog:上线数。最大值为 128
4.RETURN VALUEOn success, zero is returned.  On error, -1 is returned, and errno is set appropriately.

  4. accept

    //阻塞等待客户端连接man 2 accept1.NAMEaccept, accept4 - accept a connection on a socket2.SYNOPSIS#include <sys/types.h>          /* See NOTES */#include <sys/socket.h>int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
3.PARAMETERsockfd  :socket函数返回值（也必须是listen过的fd）addr   :值结果参数。传出成功与服务器建立连接的客户端地址结构 addrlen :传入传出参数。传入：传入时addr的大小。一般为：sizeof(addr)传出：客户端addr的实际大小。
4.RETURN VALUEOn success, these system calls return a nonnegative integer that is a file descriptor for the accepted socket.  On error, -1 is  returned,  errno is set appropriately, and addrlen is left unchanged.

  5. connect

    //使用创建的socket与服务器连接man 2 connect1.NAMEconnect - initiate a connection on a socket2.SYNOPSIS#include <sys/types.h>          /* See NOTES */#include <sys/socket.h>int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
3.PARAMETERsockfd   :socket函数返回值struct sockaddr_in addr; addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_port = htons(atoi(argv[2])); inet_pton(AF_INET,argv[1],&addr.sin_addr.s_addr);addr    :传入参数。服务器地址结构。（也就是要连接的服务器的地址结构） 用inet_pton()给地址赋值。addrlen :服务器地址结构大小。
4.RETURN VALUEIf the connection or binding succeeds, zero is returned.  On error, -1 is returned, and errno is set appropriately.注： 如果connect前未使用bind显示绑定客户端地址，采用的就是“隐式绑定”。

  6. 实现简单的服务器和客户端DEMO

    DEMO流程如下图所示：

DEMO：https://github.com/Panor520/LinuxCode/tree/master/socket/tcp/simpledemo

七、UDP网络编程涉及函数及DEMO

  1. socket
    同 tcp中的socket

  2. recvfrom

    man 2 recvfrom1.NAMErecv, recvfrom, recvmsg - receive a message from a socket2.SYNOPSIS#include <sys/types.h>#include <sys/socket.h>ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);3.PARAMETERsockfd  ：通信的套接字buf       ：缓冲区地址 //char buf[1024];len      ：缓冲区大小   //sizeof(buf)flags  ： 默认0.src_addr：(struct addr*)&addr_c 传出，对端地址结构 //不需要对端地址信息可置 0addrlen  ：传入传出参数。 socklen_t len_addr_c;    //不需要对端地址信息可置 0
4.RETURN VALUE成功    ：成功接收数据字节数。失败    ：-1 errno0       ：对端关闭。

  3. sendto

man 2 sendto1.NAMEsend, sendto, sendmsg - send a message on a socket2.SYNOPSIS#include <sys/types.h>#include <sys/socket.h>ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);3.PARAMETERsockfd    :通信的套接字buf      :缓冲区地址 //char buf[1024];len     :缓冲区大小  //sizeof(buf)flags  :默认0.dest_addr:(struct addr*)&addr 传入，对端地址结构addrlen  :sizeof(addr).4.RETURN VALUE成功  ：成功写如数据字节数失败 ：-1. errno
  1. UDP通信DEMO
    server连接地址
    client连接地址

八、优化——自定义封装通讯函数


八、read函数返回值（必须掌握）

read函数返回值：>0   :实际读到的字节数=0    :已经读到结尾（对端已经关闭）【重！点！，必须掌握】-1 :进一步判断errno的值errno = EAGAIN or EWOULDBLOCK : 设置了非阻塞方式 读。没有数据到达errno = EINTR 慢速系统调用被 中断。errno = “其他情况” 异常。

九、多进程并发服务器

连接地址

十、多线程并发服务器

连接地址

十一、服务端端口和地址复用（设置套接字选项避免2MSL时长报错问题）

先关闭服务端，主动关闭端就会经历 TIMEWAIT 状态（2MSL时长），立即再次启动服务端时会出现bind server error的错误，
可以用下面方法避免。 详见 unix网络编程 第7章man setsockopt先前关闭的服务端还在经历 TIMEWAIT状态，只是 端口和地址可以复用。用法：在服务端的socket()和bind()调用之间插入如下代码：int opt = 1;setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));

十二、close和shutdown区别

当使用dup2()指定多个整数指向同一个文件描述符时：close() 关闭只会关闭指定的那个。【单个关闭】shutdown()关闭时，会将所有指向该文件描述符的连接全部关闭。【全关闭】man 2 shutdown
1.NAMEshutdown - shut down part of a full-duplex connection2.SYNOPSIS#include <sys/socket.h>int shutdown(int sockfd, int how);
3.PARAMETERShow:SHUT_RD 关读端SHUT_WR 关写端SHUT_RDWR 两端都关闭
4.RETURN VALUEOn success, zero is returned.  On error, -1 is returned, and errno is set appropriately.

十三、多路I/O转接 服务器（select、poll）

  1. 基础

    传统的 多线程和多进程服务器 就是是【阻塞】的。
而 多路I/O转接（select、poll、epoll） 是【非阻塞】的。多路I/O转接 是由内核提供的 select、poll、epoll 监听机制。
监听connect 事件及 read、write事件。只有当 client 发生相应事件时，多路转接实现的服务器才会响应。 平时是非阻塞的（不会一直等待）。select的实现如下图所示：

  1. select

    man 2 select1.NAMEselect, pselect, FD_CLR, FD_ISSET, FD_SET, FD_ZERO - synchronous I/O multiplexing2.SYNOPSIS/* According to POSIX.1-2001, POSIX.1-2008 */#include <sys/select.h>/* According to earlier standards */#include <sys/time.h>#include <sys/types.h>#include <unistd.h>int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);void FD_CLR(int fd, fd_set *set);     //将一个文件描述符从集合中清除int  FD_ISSET(int fd, fd_set *set); //判断一个文件描述符是否在集合中void FD_SET(int fd, fd_set *set);  //将一个文件描述符添加到描述符集合中void FD_ZERO(fd_set *set);           //清空文件描述符集合3.PARAMETERnfds  ：监听的所有文件描述符中，最大文件描述符+1。//例：要监听 4~50的文件描述符（47）， nfds就应该填 48readfds    ：读 文件描述符监听集合。        传入 传出 参数。 传入：要设置读监听的文件描述符集合传出：发生了读事件的文件描述符集合//例：传入集合中有4、5、6文件描述符。而4文件描述符发生了读事件，故传出的集合中只存在文件描述符4。writefds：写 文件描述符监听集合。        传入 传出参数传入：要设置写监听的文件描述符集合传出：发生了写时间的文件描述符集合//例：传入集合中有4、5、6文件描述符。而5文件描述符发生了写事件，故传出的集合中只存在文件描述符5。exceptfds：异常 文件描述符集合。       传入  传出  参数。传入：要设置异常监听的文件描述符集合传出：发生了异常事件 的文件描述符集合//例：传入集合中有4、5、6文件描述符。而6文件描述符发生了异常事件，故传出的集合中只存在文件描述符6。timeout：    >0   ：设置监听时长NULL：阻塞监听（也就是始终等待事件发生）0  ：非阻塞监听，轮询4.fd_set是一个位图。 0 1表示。5.RETURN VALUE>0 ：所有监听集合（3个）中，所有传出集合的文件描述符的总数。//例：以上面参数的例子为例，三个集合共传出了4、5、6故RETURN VALUE=3.=0 ：没有满足监听条件的文件描述符=-1  ：ERROR. errno.

    select服务器DEMO思路分析：

    基础select demo实现链接
    升级版select demo实现链接

    select
    缺点 监听上限受文件描述符限制，最大 1024。检测满足条件的fd，需自己增加业务逻辑提高效率，也是变向增加了编码难度
    优点 跨平台。可在 windowns、linux、macOS、Unix、类Unix、mips 上运行

  2. poll

    poll 就是升级版select （增加数组记录要遍历的文件描述符）man poll 1.NAMEpoll, ppoll - wait for some event on a file descriptor2.SYNOPSIS#include <poll.h>int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);
3.PARAMETERfds  ：监听的文件描述符【数组】struct pollfd {int   fd;         /* file descriptor */ //待监听的文件描述符short events;     /* requested events */ //待监听的文件描述符对应的监听事件short revents;    /* returned events */ //传入0。如果满足events给定的事件，会返回events对应的传入值。};events 或 revents 取值： POLLIN  //读事件POLLOUT    //写事件POLLERR    //错误事件nfds：监听数组的 实际有效监听个数。timeout: >0 :超时时长。 单位：毫秒。-1 :阻塞等待。0  :不阻塞。
4.RETURN VALUE满足对应监听事件的文件描述符 【总个数】。

    poll demo实现链接

    poll
    缺点 不能跨平台。只能在Linux或类Unix上运行。 不能直接定位到满足事件的文件描述符，也是变向增加了编码难度
    优点 自带数组结构。可以将 监听事件集合 和 返回事件集合 分离。 可拓展 监听上线（方法同epoll）（超出1024限制）

十四、epoll

  1. 基础

    epoll的本质是一个【红黑树】。监听结点为根节点。

       epoll的使用由三个函数组成。//epoll 应该使用非阻塞的ET模式写服务器程序（这是规则）man epoll_createman epoll_ctlman epoll_wait1.epoll_create() //创建一棵监听红黑树1)NAMEepoll_create, epoll_create1 - open an epoll file descriptor2)SYNOPSIS#include <sys/epoll.h>int epoll_create(int size);3)PARAMETERsize：创建红黑树的监听结点数量 （仅供内核初始化使用，当实际使用超出该大小时，内核会自动扩容）4)RETURN VALUEOn success, these system calls return a nonnegative file descriptor.  On error, -1 is returned, and errno is set to indicate the error.2.epoll_ctl() //操作监听红黑树1)NAMEepoll_ctl - control interface for an epoll file descriptor2)SYNOPSIS#include <sys/epoll.h>int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);3)PARAMETER1.epfd    :epoll_create()函数的返回值2.op       :对该监听红黑树所做的操作。有三种值：EPOLL_CTL_ADD //添加 fd 到监听红黑树EPOLL_CTL_MOD //修改 fd 在监听红黑树上的监听事件EPOLL_CTL_DEL //将一个 fd 从监听红黑树上摘下（取消监听）3.fd        ：待 op 操作的fd4.event   ：本质为 struct epoll_event 结构体 指针。struct epoll_event {uint32_t     events;      /* Epoll events */epoll_data_t data;        /* User data variable */};成员 events 常用值：EPOLLINEPOLLOUTEPOLLERR成员 data 原型如下：typedef union epoll_data {void        *ptr;int          fd; //对应监听事件的fduint32_t     u32;//不用uint64_t     u64;//不用} epoll_data_t;4)RETURN VALUEWhen successful, epoll_ctl() returns zero.  When an error occurs, epoll_ctl() returns -1 and errno is set appropriately.3.epoll_wait()  //阻塞监听红黑树1)NAMEepoll_wait, epoll_pwait - wait for an I/O event on an epoll file descriptor2)SYNOPSIS#include <sys/epoll.h>int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events,int maxevents, int timeout);                    3)PARAMETER1.epfd   :epoll_create()函数的返回值2.events   :传出参数（数组），满足定义的监听事件的所有结点的结构体数组3.maxevents:events 数组元素的总个数。 默认为1024 。struct epoll_event events[1024];4.timeout  : -1    :阻塞0    ：不阻塞-1   ：失败 errno.                   4)RETURN VALUE>0 :满足监听事件的struct epoll_event结构体的总个数。可用作循环处理的上线。0  :没有满足监听事件的struct epoll_event结构体-1   :失败 errno
    epoll
    缺点
    优点

    基础epoll demo实现链接

  2. epoll 事件模型

      ET 模式：      （服务器常用方式）      即边沿触发。 缓冲区剩余未读尽的数据不会导致 epoll_wait 返回。新的事件满足才会触发。设置方式：struct epoll_event event;event.events = EPOLLIN | EPOLLET;注意： ET模式只支持非阻塞。需给连接的文件描述符设置读写非阻塞（利用fcntl函数），如下：epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, cfd, &event);int flg = fcntl(cfd, F_GETFL);flg |= O_NONBLOCK; //位或操作fcntl(cfd, F_SETFL, flg);LT 模式：即水平触发。 ---epoll默认采用方式缓冲区剩余未读尽的数据会导致 epoll_wait 返回。 例：通信时，readn 读数据时，每次只读 100字节，但缓冲区接收了 250 字节。① 默认的 LT模式下 会直接 再次触发 epoll_wait()函数，表明该连接fd又有数据写过来，并再读出100字节，之后再次触发 epoll_wait()函数，表明又有数据写过来，接收50字节后会阻塞在readn的地方，直到写满100字节。一旦 阻塞在readn的地方，代码就会有问题，因为应该阻塞在epoll_wait()的地方。② 在 ET模式下,剩下的150字节会被读取忽略，不会触发 epoll_wait()函数，而下次在写入数据时，会再从之前的150字节里读前100字节，后面的新写入的数据累加进来，等待下次在读取100字节。

    【总结：应使用非阻塞的 ET模式写epoll服务器。】

  3. epoll 反应堆

    就是epoll基础demo的升级版，更完整些。
也是libevent 框架采用的方式。epoll反应堆：ET模式 + 非阻塞、轮询 + void *ptr. 简单的 epoll demo:socket、bind、listen   --  epoll_create 创建监听红黑树    -- 返回 epfd  --  epoll_ctl() 向树上添加一个监听fd ----    while(1)    --  epoll_wait 监听   --  对应监听fd有事件产生 -- 返回监听满足数组。 -- 判断返回数组元素    ----    lfd满足 --  Accept    --  cfd满足   -- read -- 小--大 -       【diff content】  - write回去。反应堆：反应堆的优化就是在检测到对端有数据传输过来后，服务端写回时要检测，对端是否可写，确认可写再将数据写过去。socket、bind、listen    --  epoll_create 创建监听红黑树    -- 返回 epfd  --  epoll_ctl() 向树上添加一个监听fd ----    while(1)    --  epoll_wait 监听   --  对应监听fd有事件产生 -- 返回监听满足数组。 -- 判断返回数组元素    ----    lfd满足 --  Accept    --  cfd满足   -- read -- 小--大 --   【diff begin】-- cfd从监听红黑树上摘下    --  EPOLLOUT    --  回调函数    --epoll_ctl()   -- EPOLL_CTL_ADD重新放到红黑树上监听 ---- 等待  epoll_wait() 返回 -- 说明 cfd 可写 -- write写回去--  cfd 从监听红黑树上摘下   --  EPOLLIN | EPOLLET   --  epoll_ctl() --  EPOLL_CTL_ADD   重新放到红黑上监听读事件    --  epoll_wait()监听      【diff end】

    反应堆epoll demo实现链接

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