Linux/Unix系统编程手册--SOCKET章节读书笔记

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SOCKET章节读书笔记

强烈推荐Linux/Unix系统编程手册，号称超越APUE的神书。

backlog含义

#include <sys/socket.h>
int listen(int socketfd, int backlog)

backlog参数限制未决连接(未accept)的数量，在这个数量之内，connect会立刻成功。
Linux上上限为128，定义在

udp已连接socket

udp socket也是可以调用connect()的，这种叫已连接socket,内核会记录这个socket的对等socket的地址。
当一个udp socket已连接之后:

1.数据包发送可使用write或send，会自动发送到对等socket上，与sendto一样，每个write会发送一个独立的数据包
2.在这个socket上只能读取对等socket发送的数据**

零时端口

未调用bind()，tcp/udp会分配一个零时端口(tcp服务器也可以不调用bind)
可通过/proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range来修改范围，一般做高并发测试时，测试机可能需要修改以支持多并发。

UDP避免IP分段

一般来说，UDP会采用保守的方法来避免IP分段，即确保传输的IP数据包的大小小于IPv4组缓冲区576字节。8自己udp头部，至少需要20字节存放IP头，剩下548字节存放UDP数据包。实践中，一般会选择512来存放数据包。

shutdown与close区别

SHUT_WR被称为半关闭套接字，通过文件结尾来通知对端本地的写端已经关闭了。
shoutdown与close一个重要区别:无论该套接字上是否还关联其它的文件描述符，shotdown都会关闭套接字通道。
如sockfd指向一个已连接的流式套接字，执行以下调用，连接依然保持打开，仍然可以通过文件描述符fd2在该连接上做i/o操作。

fd2=dup(sockfd);
close(sockfd);

但如果执行以下调用，那么连接的双向通道都会关闭，通过fd2无法执行i/o操作.

fd2=dup(sockfd);
shutdown(sockfd,SHUT_RDWR);

如果套接字文件描述符fork()被复制，如果fork()后，一个进程在描述符副本上执行SHUT_RDWR操作，那么其它进程都无法在这个文件描述符上执行i/o操作了。

需要注意的是，shutdown并不会关闭文件描述符，要关闭文件描述符，还需调用clsoe。

TCP_CORK套接字选项

HTTP中使用sendfile()发送文件，为提供带宽利用率，可使用TCP_CORK将HTTP首部给缓冲，与数据报文合并为一个报文。

int optval =1
setsockopt(sockfd, IPPROTO_TCP, TCP_CORK, &optval, sizeof(optval);
write(sockfd, ...); //write http headers
sendfile(sockfd,...); // send data
optval =0
setsockopt(sockfd, IPPROTO_TCP, TCP_CORK, &optval, sizeof(optval));

TIME_WAIT状态

TIME_WAIT状态值出现在执行主动关闭的一端，迁移到CLOSED状态需要2MSL(报文最大生存时间)。MSL是IP报文在吃过TTL限制前可在网络中生存的最大估计时间。
Linux中TIME_WAIT将持续60s。
目的：

1.实现可靠的连接终止

如果最后发送的ACK丢失了，等待2MSL可以重新发送最后ACK；而如果主动关闭的一方不存在了，TCP协议将发送RST报文(RST会被解释为错误)

2.让老的重复的报文段在网络中过期失效，这样建立新的连接时将不再接受它们

当有TCP节点处于TIME_WAIT状态时是无法通过同样的IP和端口号重新建立新的连接的。SO_REUSEADDR选项可用来避免会遇到EADDRINUSE错误，同时仍然允许TIME_WAIT状态提供可靠性保证。

带外数据

send()和recv()需要制定MSG_OOB标志，当套接字接受到带外数据通知时，内核为套接字属主(通常为使用该套接字的进程)生成SIGURG信号。

带外数据是TCP套接字的一种特性，允许发送端将传送的数据标记为高优先级。TCP通过URG标志位来标示有紧急(带外)数据，并将紧急指针指向紧急数据，但TCP没有执行紧急数据长度，因此认为紧急数据只由一个字节组成。telnet,ftp等，都利用该特性来终止之前传送的命令。

s.send("hello",socket.MSG_OOB)

c.recv(100,socket.MSG_OOB) // "o"
c.recv(100) // "hell"

分散聚合IO

readv和writev可以一次系统调用读写多个非连续缓冲区

#include <sys/uio.h>
ssize_t readv(int filedes, const struct iovec *iov, int iovcnt);
ssize_t writev(int filedes, const struct iovec *iov, int iovcnt)
struct iovec{
void *iov_base; //buffer
size_t iov_len; //size of buffer
}

I/O多路复用，信号驱动，epoll

水平触发通知:

如果文件描述法上可以非阻塞的执行I/O系统调用，此时认为它已经就绪。所以每次不需要读取很多数据，多个描述符读取平衡。

边缘触发通知:

如果文件描述符自上次状态检查以来有了新的I/O活动，此时触发通知。由于只有新状态才通知，所以一次需要读取所有数据，不然会导致数据丢失，会导致其他描述符处于饥饿状态。

I/O模式	水平触发	边缘触发
select,poll	yes
信号驱动I/O		yes
epoll	yes	yes

select

#include <sys/time.h>
#incldue <sys/select.h>
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timevel *timeout)
 返回就绪(3个集合)的描述符数量，0 超时，-1 错误

exceptfds一般只会在下面两种情况发生:

1.连接到信包模式下的伪终端主设备上的从设备状态发生改变
2.tcp套接字接收到了带外数据

nfds是集合中最大文件描述符+1，目的是让select变得更有效率，内核不用检查大于这个值的描述符是否属于这个集合。

eopll

max_user_watches:每个用户可以注册到epoll实例上的文件描述符总数（/proc/sys/fs/epoll/max_user_watches,默认的上学值是根据系统可用内存计算)

可以研究研究https://github.com/cloudwu/socket-server，以及tornado源码，这两个都是水平触发的，边缘触发的可以研究nginx或golang，当然nginx更适合。

典型异步I/O读写:

int sz = write(fd, buffer, sz);
if (sz < 0) {
    switch(errno) {
    case EINTR:
        continue;
    case EAGAIN:
        return -1;
}

int n = read(fd, buffer, sz);
if (n<0) {
    switch(errno) {
    case EINTR:
        break;
    case EAGAIN:
        fprintf(stderr, "socket-server: EAGAIN capture.\n");
        break;
    default:
        // close when error
        return SOCKET_ERROR;
    }
    return -1;
}

配置参数

1. 系统限制 /etc/sysctl.conf
   来自gopush群的分享

net.ipv4.ip_forward = 0
net.ipv4.conf.default.rp_filter = 1
net.ipv4.conf.default.accept_source_route = 0
kernel.sysrq = 0
kernel.core_uses_pid = 1
kernel.msgmnb = 1048576
kernel.msgmax = 1048576
kernel.shmmax = 68719476736
kernek.shmall = 4294967296
fs.file-max = 1048576
kernel.pid_max = 1048576
net.ipv4.tcp_syncookies = 1
net.ipv4.tcp_synack_retries = 2
net.ipv4.tcp_timestsmps = 0
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30
net.ipv4.tcp_keepalive_time = 1200
net.ipv4.ip_local_port_range = 1024 65535
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 8192
net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 5000
net.ipv4.tcp_wmem = 4096 4096 1677216
net.ipv4.tcp_rmen = 4096 4096 1677216
net.ipv4.tcp_mem = 94500000 91500000 92700000
net.ipv4.tcp_max_orphans = 3276800
net.core.netdev_max_backlog = 32768
net.core.somaxconn = 32768
net.core.wmem_default = 8388608
net.core.rmem_default = 8388608
net.core.rmem_max = 16777216
net.core.wmem_max = 16777216
vm.overcommit_memory = 1

1. 登陆用户限制 /etc/security/limits.conf
   soft是警告设置，hard是阀值(鸟哥私房菜)

* soft nofile 150000
* hard nofile 150000

如果不管可直接用ulimit -n 10000设置