socket编程之 TCP用法研究

服务端：
//创建多个socket，分别绑定到一个端口号上，然后哦监听着，同时添加到epoll模型中，等待有事件触发后分别accept
int main(int argc,const char* argv[]){//1.创建一个epoll实例，里面一共可以监听1000个udp socketint epfd=epoll_create(MAXEPOLLSIZE);for(int i=port; i<port+10; i++){
        fd= socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);

　　　　　fcntl(fd, F_SETFL, fcntl(fd, F_GETFD, 0)|O_NONBLOCK);  //使用epoll用来accept的话,1)阻塞模式；2)非阻塞的

        //3.将socket封装成事件添加到epoll模型中
        struct epoll_event ev;ev.data.fd=fd; ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;    //边界模式
        int ret=epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,fd,&ev);  //注册epoll事件
        res=tcpBind(fd,ip,i);
        res=listen(fd,1024);
    }
    while(1){
        //4.开始等待epoll实例中的socket们发生事件，发生的所有事件都会记录在events中
        nfds=epoll_wait(epfd,events,100,0);
        if(nfds <= 0)continue;//5.既然已经有事件发生了,有nfds个事件发生，那么处理之：是哪个socket发生的，以及发生的是什么事件。
        for(int i=0;i<nfds;++i) {
            int accept_fd=accept(events[i].data.fd,(struct sockaddr*)&client_addr,&len);
            printf("[Success][Accept]by<fd:%d>,Client:%s:%d, new fd:%d.\n",events[i].data.fd,inet_ntoa(client_addr.sin_addr), ntohs(client_addr.sin_port),accept_fd);

　　　　　　　//方式一:阻塞是接收报文
            recv_cnt = recv(accept_fd, recvbuf, 200, 0);

　　　　　　　　//方式二：非阻塞式接收报文之使用while循环
　　　　　　　　//如果过不使用select/poll/epoll模型，则必须搞一个循环不停的accept。否则是没办法工作的，因为你不阻塞在这里等着别人连，那么就要求电光火石之间三次握手建立，而这个是不可能的，所以应该如下操作
　　　　　　　　while(accept_fd<0 && errno==EAGAIN){
　　　　　　　　　　accept_fd=accept(listen_fd,(struct sockaddr*)&client_addr,&len);
　　　　　　　　}

　　　　　　　　//方式三：非阻塞式接收报文之交给epoll处理
　　　　　　　　if(accept_fd<0){ //如果接收连接失败了，就有可能不是连接请求事件，就有可能是报文发送事件,于是尝试接收数据报文
　　　　　　　　　　recv_cnt = recv(events[i].data.fd, recvbuf, 200, 0);
　　　　　　　　　　continue;
　　　　　　　　}

　　　　　　　　//如果连接建立成功了，就将新fd(接收socket)设置成非阻塞模式，然后添加到epoll模型中，用来接收之后可能进来的数据　　　　　　　　
　　　　　　　　fcntl(accept_fd, F_SETFL, oldflag|O_NONBLOCK);

　　　　　　　　struct epoll_event ev;
　　　　　　　　ev.data.fd=accept_fd;
　　　　　　　　ev.events=EPOLLIN; //缺省：水平模式；边界模式：EPOLLET
　　　　　　　　int ret=epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,accept_fd,&ev);

　　　　　　　　//非阻塞式等待接收报文
　　　　　　　　recv_cnt = recv(accept_fd, recvbuf, 200, 0);

        }
    }
}

客户端：
//一个线程：创建一个socket，向服务端发送连接请求connect(),连接建立之后发送数据send(),发送后接收数据，每一步都是阻塞模式，即一步一步走下去
void *handerFunc(void *argc){
    int fd= socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    res=connect(fd,(struct sockaddr*)&server, len);
    if(res>=0){
        getsockname(fd, (struct sockaddr*)&local_addr, &len);while(count<0 || --count>0){
            res=send(fd, Data, PACKAGE_LEN, 0);
            if(res > 0 ){
                res = recv(fd,recvBuf,PACKAGE_LEN,0);
                if(res<=0){ printf(" [Recv][Error:%d][thread:%d],跳过......\n",errno,thread_no,fd); continue;}
            }
        }
    }
}

//启用多线程分别向服务端的一个端口发送连接请求
int main(int argc,const char* argv[]){
    pthread_t tid[NUM_THREAD];
    unsigned short int thread[NUM_THREAD];
    for(i = 0; i < NUM_THREAD; i++){ thread[i]=i;}   
    for(i = 0; i < NUM_THREAD; i++){ pthread_create(&tid[i],NULL,handerFunc,(void *)&thread[i]); }
}

结果1:

服务端：

>>>>>have 3 events happened.
[Success][Accept]by<fd:6>,Client:192.168.1.158:57792, new fd:9.
[Success][Recv:200] by [fd:9],Content:####HELLO ....
[Success][Accept]by<fd:4>,Client:192.168.1.158:37138, new fd:10.
[Success][Recv:200] by [fd:10],Content:####HELLO ...
[Success][Accept]by<fd:5>,Client:192.168.1.158:49102, new fd:11. ----卡在客户端的thread1的49102端口对应的连接上，并且因为没有接收到数据而阻塞住

客户端进程退出后：
[Error:0][Recv] by [fd:11]. ----对方tcp连接断开，于是我结束卡死的状态
>>>>>have 2 events happened.
[Success][Accept]by<fd:8>,Client:192.168.1.158:34748, new fd:12.
[Success][Recv:200] by [fd:12],Content:####HELLO ...
[Success][Accept]by<fd:7>,Client:192.168.1.158:35514, new fd:13.
[Error:0][Recv] by [fd:13].

客户端：

[Connect][Success][thread:2]Server:[192.168.1.195:30002] by fd[7] and addr[192.168.1.158:57792].
[Send][Success][thread:2]by [fd:7]成功.
[Connect][Success][thread:0]Server:[192.168.1.195:30000] by fd[5] and addr[192.168.1.158:37138].
[Send][Success][thread:0]by [fd:5]成功.
[Connect][Success][thread:1]Server:[192.168.1.195:30001] by fd[6] and addr[192.168.1.158:49102].-----连接是建立成功了，但是并没有发送数据出去
[Connect][Success][thread:3]Server:[192.168.1.195:30003] by fd[8] and addr[192.168.1.158:35514].----- 连接是建立成功了，但是并没有发送数据出去
[Connect][Success][thread:4]Server:[192.168.1.195:30004] by fd[9] and addr[192.168.1.158:34748].------连接建立成功，并且发送成功
[Send][Success][thread:4]by [fd:9]成功.

[root@localhost socket_test]# netstat -auntp|grep 35514
tcp 0 0 192.168.1.158:35514 192.168.1.195:30003 ESTABLISHED 17818/tcp_client

然后，退出客户端进程

解析：

1)为什么服务端显示只有3个连接，而客户端显示连接全部建立成功

答：需要详细说说关于tcp的三次握手

基本上三次握手的行为是在服务端处于listen状态的时候，客户端调用connect完成的，连接成功后双方的端口处于ESTABLISHED状态；

　　但是需要注意的是，连接的两端是：客户端就是发起时使用socket及对应的端口号，而服务端在连接成功后会新生成一个socket(with port)，处于ESTABLISHED指的是这一对端口号

　　而至于服务端accept()，其实是从ESTABLISHED状态的端口号/socket中取出那个新生成的socket，即连接是否建立成功并不是通过accept()完成的，accept()只不过是去"取出来"

　　所以，在上面的例子中，尽管服务端获取到3个连接，但是客户端显示所有5个线程的连接全部建立

2）为什么会卡住

答：首先，服务端是串行处理，接收到第3个连接后等待接收数据，但是客户端没有发送数据，

然后，客户端为什么没有发送，因为count是个全局变量，哈哈哈，是一个失误啦...不过刚好因为这个失误梳理了下tcp连接建立的过程

3)为什么客户端进程结束后，服务端进程得以继续

答：因为卡住的那个是因为在等待接收数据，连接断开后也不等待了直接结束，于是程序继续，进入第二轮取epoll中获取，把剩下两个tcp连接获取出来，

其中，来自客户端端口号为34748的连接因为有过发送，所以连接还没有关闭，所以从连接的buffer中可以把数据取出来。

剩下的那个也没数据连接也断开了，所以直接返回

另外需要说明一下accept函数

如果不对socket进行额外设置的话，accept()本身是一个阻塞式的函数，即一直等着有客户端向我的listen socket发起连接(tcp三次握手)，但是有了epoll后，即使不额外设置socket也没关系，因为我先不去调用accept，只有真的有时间发生了，此时再调用accept则一调一个准

2，在服务端将创建的监听socket设置成非阻塞模式：

结果1:如果accept的时候没有使用while循化，则会直接报错11，如下：
　　Bind 192.168.1.158:30000 Success, the flag of this fd:802. nonflag:800
　　[Error:11][Accept]by<fd:-1>,so return.

结果2:使用while循环，成功接收连接后，对于新生成的accept fd，其flag并没有继承原监听socket的flag，因此需要显式设置一下：
　　[Success][Accept]by<fd:7>,Client:192.168.1.246:63828, new fd:15 and new flag of new fd:2,so set O_NONBLOCK.

结果3：在epoll中accept连接后，将新生成的fd再添加到epoll中，不过使用的是水平模式，于是一方面可以顺利接收客户端的连接，连接失败了则尝试接收报文，在这里报文不全部接收，而是先接收200字节

处理一轮的epoll事件后，因为是水平模式，所以如果socket的buffer中还有数据则会再次触发事件，继续接收

>>>>>have 4 events happened. ----有4个事件发生，分别是什么呢
[Success][Accept]by<fd:6>,Client:192.168.1.246:54732, new fd:11.  ---事件1：接收client的连接1，同时也接收到了数据过来(200字节)，同时新封装一个event扔给epoll
[Success][Recv:200] by [fd:11],Content:####HELLO , ...            ---同时还接收了事件1中连接的
 ---事件2: 同事件1...
[Success][Accept]by<fd:8>,Client:192.168.1.246:33620, new fd:13.  ---事件3：接收client的连接3，没有接收到数据过来，于是新封装一个event扔给epoll
---事件4：同事件3...
>>>>>have 3 events happened. ----有4个事件发生，分别是什么呢  
---事件5：同事件1...

[Error:22][Accept]by<fd:11>,so continue to check if some data come onin.  ---事件6：继续事件1中的接收，事件1中没有接收完，因为是水平模式，所以仍然算是一次事件触发，所以继续接收(200字节，累计400字节)
[Success][Recv:200] by [fd:11] from epoll,Content:d job.3....
--事件7：继续事件2的接收，同事件6
>>>>>have 3 events happened.   ----有4个事件发生，分别是什么呢  
[Error:22][Accept]by<fd:11>,so continue to check if some data come onin.  --事件8：接收继续事件1中的最后的内容(112个字节,累计512字节)
[Success][Recv:112] by [fd:11] from epoll,Content:...
--事件9：接收最后的内容112个字节
...

结果4：在epoll中accept连接后，将新生成的fd再添加到epoll中，不过使用的是边界模式

>>>>>have 3 events happened.
[Success][Accept]by<fd:10>,Client:192.168.1.246:23332, new fd:11 and new flag of new fd:2,so set O_NONBLOCK.  ---事件1: 接收连接
[Error:11][Recv] by [fd:11].
 ---事件2,3: 同事件1，接收连接
>>>>>have 1 events happened.
[Error:22][Accept]by<fd:11>,so continue to check if some data come onin.  ---事件4，事件1中的连接第一次有数据来了，于是接收(200字节)
[Success][Recv:200] by [fd:11] from epoll,Content:####HELLO ,..
...
[Error:22][Accept]by<fd:15>,so continue to check if some data come onin.  ---事件8: 事件7中的连接第一次有数据来了，于是接收(200字节)
[Success][Recv:200] by [fd:15] from epoll,Content:####HELLO ,...
.......之后没再有事件发生......

# netstat -auntp|grep 3000
tcp      312      0 192.168.1.158:30002     192.168.1.246:33648     ESTABLISHED 27632/tcp_server     ---只接收200字节，剩了312字节还再buffer中  
tcp        0      0 192.168.1.158:30003     192.168.1.246:44050     ESTABLISHED 27632/tcp_server    
tcp      312      0 192.168.1.158:30001     192.168.1.246:63848     ESTABLISHED 27632/tcp_server    
tcp      312      0 192.168.1.158:30004     192.168.1.246:23332     ESTABLISHED 27632/tcp_server    
tcp        0      0 192.168.1.158:30000     192.168.1.246:54766     ESTABLISHED 27632/tcp_server

--------------------------

F_GETFD和 F_GETFL

F_SETFD/F_GETFD：设置/读取文件描述符的标志。

F_SETFL/ F_GETFL：设置/读取文件描述符状态标志。

关于文件描述符的一些知识点：

1.内核会维护3个数据表

1)进程级的文件描述符表，用来记录文件的描述符(open file description),一个条目代表一个文件相关信息，包括

(1)文件句柄，一个指针

(2)控制文件描述符的一组标志（目前只有close-on-exec标志，设置了该标志后，这个进程如果结束了，则关闭这个进程下的文件句柄）

2)系统级的打开文件表(open file description table)，表中每个条目称为open file description

注:系统级的和进程级的表中存放的条目不是一样的，尽管其代表的最终目标是一样的，所以我所参考的著作中将系统级的表叫做：open file table，表条目叫open file handle。

(1)当前文件偏移量，即read(),write()时会更新这个偏移量，使用lseek可以直接修改这个偏移量

(2)打开的文件的状态标志

(3)文件访问模式

　　(4)与信号驱动I/O相关的设置

　　(5)对文件i-node对象的引用

3)系统级(文件系统)的i-node表，每一个条目代表一个文件：一个条目主要的信息包括：文件类型，一个指向持有锁列表的指针，文件的各种属性等..

其对应关系可以用如下图所示：

即：1个进程可以有多个fd指向同一个打开的文件描述符；多个进程的fd也可以指向同一个打开的文件描述符，比如父进程fork出一个子进程。此时所有fd共享文件偏移量

多个打开文件描述符可以指向同一个i-node

综上：

F_SETFL/ F_GETFL：是针对系统级的打开文件描述符的装填的设置

F_SETFD/F_GETFD：是进程下的fd独有的，对某个fd设置后，不会影响同进程或不同进程中其他fd。目前这个参数只用来设置FD_CLOEXEC

用法注意：

1)错误的用法：fcntl(socket,F_SETFL,fcntl(socket,F_GETFD)|O_NONBLOCK);

正确的用法：fcntl(socket,F_SETFL,fcntl(socket,F_GETFL)|O_NONBLOCK);

使用错误的用法，非阻塞是设置成功了，那是因为fcntl(socket,F_GETFD)得到的值时0，相当于直接设置O_NONBLOCK

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posted @ 2019-12-15 22:34 水鬼子阅读(609) 评论(0) 编辑收藏举报

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