Muduo 网络编程示例之十：socks4a 代理服务器
Muduo 网络编程示例之十：socks4a 代理服务器
陈硕 (giantchen_AT_gmail)
Blog.csdn.net/Solstice t.sina.com.cn/giantchen
这是《Muduo 网络编程示例》系列的第十篇文章，本系列暂告一段落。
Muduo 全系列文章列表： http://blog.csdn.net/Solstice/category/779646.aspx
本文介绍用 muduo 实现一个简单的 socks4a 代理服务器，代码见 http://code.google.com/p/muduo/source/browse/trunk/examples/socks4a/ 。
TCP 中继器
在实现 socks4a proxy 之前，我们先写一个功能更简单的网络程序—— TCP 中继器 (TCP relay)，或者叫做穷人的 tcpdump (poor man's tcpdump)。
一般情况下，客户端程序直接连接服务端，如下图。有时候，我们想在 client 和 server 之间放一个中继器 (relay)，把 client 与 server 之间的通信内容记录下来。这时用 tcpdump 是最方便省事的，但是 tcpdump 需要 root 权限，万一没有 root 密码呢？穷人有穷人的办法，自己写一个 relay，让 client 连接 relay，再让 relay 连接 server，如下图中的 T 型结构，relay 扮演了类似 proxy 的角色。
TcpRelay 是我们自己写的，可以动动手脚。除了记录通信内容，还可以制造延时，或者故意翻转 1 bit 数据以模拟 router 硬件故障。
TcpRelay 的功能（业务逻辑）看上去很简单，无非是把连接 C 上收到的数据发给连接 S，同时把连接 S 上收到的数据发给连接 C。但仔细考虑起来，细节其实不那么简单：
- 建立连接。为了真实模拟 client，TcpRelay 在 accept 连接 C 之后才向 server 发起连接 S，那么在 S 建立起来之前，从 C 收到数据怎么办？要不要暂存起来？
- 并发连接的管理。上图中只画出了一个 client，实际上 TcpRelay 可以服务多个 clients，左右两边这些并发连接如何管理，如何防止串话(cross talk)？
- 连接断开。Client 和 Server 都可能主动断开连接。当 Client 主动断开连接 C 时，TcpRelay 应该立刻断开 S。当 Server 主动断开连接 S 时，TcpRelay 应立刻断开 C。这样才能比较精确地模拟 Client 和 Server 的行为。在关闭连接的刹那，又有新的 client 连接进来，复用了刚刚 close 的 fd 号码，会不会造成串话？ 万一 Client 和 Server 几乎同时主动断开连接，TcpRelay 如何应对？
- 速度不匹配。如果连接 C 的带宽是 100KB/s，而连接 S 的带宽是 10MB/s，不巧 Server 是个 chargen 服务，会全速发送数据，那么会不会撑爆 TcpRelay 的 buffer？如何限速？特别是在使用 non-blocking IO 和 level-trigger polling 的时候如何限制读取数据的速度？
在看 muduo 的实现之前，请读者思考：如果用 Sockets API 来实现 TcpRelay，如何解决以上这些问题。
TcpRelay 的实现很简单，只有几十行代码 http://code.google.com/p/muduo/source/browse/trunk/examples/socks4a/tcprelay.cc，主要逻辑都在 Tunnel class 里
http://code.google.com/p/muduo/source/browse/trunk/examples/socks4a/tunnel.h 。这个实现解决了前三个问题，第四个留给将来吧。
Socks4a 代理服务器
Socks4a 的功能与 TcpRelay 非常相似，也是把连接 C 上收到的数据发给连接 S，同时把连接 S 上收到的数据发给连接 C。它与 TcpRelay 的区别在于，TcpRelay 固定连到某个 server 地址，而 socks4a 允许 client 指定要连哪个 server。在 accept 连接 C 之后，Socks4a server 会读几个字节，以了解 server 的地址，再发起连接 S。
Socks4a 的协议非常简单，请参考维基百科 http://en.wikipedia.org/wiki/SOCKS#SOCKS_4a 。
muduo 的 socks4a 代理服务器的实现在 http://code.google.com/p/muduo/source/browse/trunk/examples/socks4a/socks4a.cc，它也使用了 Tunnel class。与 TcpRelay 相比，只多了解析 server 地址这一步骤。
muduo 这个 socks4a 是个标准的网络服务，可以供 Web 浏览器使用（我正是这么测试它的）。
n:1 与 1:n 连接转发
云风在《写了一个 proxy 用途你懂的》中写了一个 TCP 隧道 tunnel，程序由三部分组成：n:1 连接转发服务，1:n 连接转发服务，socks 代理服务。
我仿照他的思路，用 muduo 实现了这三个程序。不同的是，我没有做数据混淆，所以不能用来翻传说中的墙。
- n:1 连接转发服务就是《Muduo 网络编程示例之七：“串并转换”连接服务器及其自动化测试》中的 multiplexer (数据选择器)。
- 1:n 连接转发服务是该文提到的 backend，一个数据分配器(demultiplexer)，代码在 http://code.google.com/p/muduo/source/browse/trunk/examples/multiplexer/demux.cc
- socks 代理服务正是本文实现的 socks4a。
有兴趣的读者可以把这三个程序级联起来试一试。
Muduo 编程示例系列告一段落
《Muduo 网络编程示例》从今年2月初开始写，到今天正好是四个月，我写了十一篇博客，基本按计划完成了任务。这个系列暂告一段落。
这个系列基本涵盖了 muduo 为编写单线程服务端和客户端 TCP 网络程序提供的功能，muduo 的能力不止于此：
- 多线程，muduo::net::TcpServer 内置了一个简单但适应性很强的线程模型。目前博客上的例子涉及的业务逻辑很简单，没有复杂的运算，瓶颈通常在 IO 上，多线程的优势发挥不出来。
- 高级应用。比方说用 muduo::net::Channel 配合 signalfd 来处理信号；其他非阻塞网络客户端库（例如 ZooKeeper 的 C 客户端，PostgreSQL 的客户端 libpq）与 muduo EventLoop 的集成。
以上两点在以后的文章里会提及，不会明珠暗藏。
Muduo 在 2010 年 8 月底发布 0.1.0 版，随着这个编程示例系列文章的发表，迄今已发布了 14 次小升级，下载地址： http://code.google.com/p/muduo/downloads/list
接下来的计划
接下来，我还会写一系列博客，目前想到的有：
- 谈一谈我的网络编程学习经验。文章已经完成大半，端午节之后可以发布。
- muduo 设计与实现系列，介绍如何一步步实现一个非阻塞网络库。代码已经准备得差不多了，在 https://github.com/chenshuo/recipes/tree/master/reactor
- 用 muduo 实现一些稍微复杂一些的网络程序，比如小规模的分布式系统。计划有：利用 Paxos 算法实现一个高可用的 in-memory key value 存储，在此基础上实现 naming service，然后实现我以前多次提到的简单机群管理系统等等。目前 muduo 的示例程序都是简单独立的网络程序，下半年我想多写一写由多个程序组成的系统，具体谈一谈分布式系统细节设计。
另外，我会逐步把已有的博客文章整理成 PDF 合集，方便下载保存，地址是： http://blog.csdn.net/Solstice/archive/2011/02/24/6206154.aspx
