套接字Socket

• Socket编程是基于TCP和UDP协议的。在通信之前，客户端和服务端都要建立一个Socket。
• 在建立Socket时，能够设置的参数是网络层和传输层范围内的。在网络层，Socket函数需要指定是IPv4还是IPv6，还要指定是TCP还是UDP。
• 基于TCP协议的Socket程序函数调用过程：

　　　　A.当服务端要监听一个端口之前，一般是先调用bind函数，给这个Socket赋予一个IP地址和端口。(内核要通过TCP头里的端口，来找到相应的应用程序，把包给它。一台机器会有多个网卡，也就会有多个IP地址，网络包需要确定要发送的网卡。)

　　　　B.当服务端有了IP地址和端口号，就可以调用listen函数进行监听，进入listen状态，此时客户端就可以发起连接了。(在内核中，为每个Socket维护两个队列：一个是已经建立了连接的队列，此时三次握手已经完毕；一个是还没有完全建立连接的队列，此时三次握手还没完成。)

　　　　C.接下来，服务端调用accept函数，对已经完成的连接进行处理。如果连接没有完成，服务端就要等着。

　　　　D.在服务端等待时，客户端通过connect函数发起连接。先在参数中指明要连接的IP地址和端口号，然后开始发起三次握手。内核会给客户端分配一个临时的端口，一旦握手成功，服务端的accept就会返回另一个Socket。(监听的Socket和真正用来传数据的Socket不同，一个叫作监听Socket，一个叫作已连接Socket。)

　　　　E.连接建立成功之后，双方开始通过read和write函数来读写数据。

• Socket在Linux中是以文件的形式存在的，读写是通过文件描述符进行的。在内核中，每一个进程都有一个数据结构task_struct，里面指向一个文件描述符数组，来列出这个进程打开的文件的文件描述符。文件描述符是一个整数，是这个数组的下标，这个数组中的内容是一个指针，指向内核中打开的文件的列表。既然是一个文件，就会有一个inode，只不过Socket对应的inode不像真正的文件系统一样，保存在硬盘上，而是保存在内存中，在这个inode中，指向了Socket在内核中的Socket结构，在这个结构里，主要是两个队列，一个是发送队列，一个是接收队列，这两个队列里面保存了一些缓存。

• 基于UDP协议的Socket程序函数调用过程：

　　UDP是没有连接的，所以不需要三次握手，也就不需要调用listen和connect，但是UDP的交互仍然需要IP和端口号，因而也需要bind函数。UDP是没有维护连接状态的，因而不需要每对连接建立一组Socket，而是只要有一个Socket，就能够和多个客户端通信，也正是因为没有连接状态，每次通信时，都可以传入IP地址和端口。

• 能够支撑大量连接的高并发的服务端需要多进程、多线程、epoll机制等。