套接字：Socket

　　在进行通信之前，一般要先建立Socket连接，Socket编程是端到端的通信，往往意识不到中间经过了多少局域网，多少路由器，他能操作的是端到端协议之上的网络层和传输层。

　　在网络层，Socket函数可以指定使用IPV4（AF_INET）或者IPV6（AF_INET6），还可以指定传输层协议使用TCP（SOCK_STREAM）还是UDP（SOCK_DGRAM）。

1. 基于TCP的Socket函数的调用过程

　　a. 调用 bind 函数，给这个Socket赋予一个IP和端口（绑定IP是因为机器可能有多个网卡，绑定端口是确定进程）；

　　b. 调用 listen 函数进行监听；

　　　　内核中每个socket维护两个队列：一个已经建立连接的队列（三次握手完毕，处于established状态），一个还没有完全建立连接的队列（三次握手尚未完成，处于syn_rcvd状态）。

　　　　服务端监听时，客户端可通过 connect 函数发起连接，三次握手时，内核会给客户端分配一个临时端口，握手成功后服务端的accept返回另一个socket。

　　　　监听的socket和传输数据的socket是两个socket，前者叫做监听socket，后者叫做已连接socket。

　　　　为什么需要两个socket？为了复用监听socket，提高性能。

　　c. 服务端调用 accept 函数，拿出一个已经完成连接进行处理；　

 

　　d. 连接建立成功后，双方通过read和write函数读写数据；

1.1 socket 结构

　　TCP的socket就是一个文件流，Linux中socket就是以文件的形式存在的。初次之外还存在文件描述符，写入和读出也是通过文件描述符。

　　每个进程都有有一个数据结构 task_struc，里面指向一个文件描述符数组（fds），列出这个进程打开的所有文件的文件描述符。文件描述符是一个整数，是这个数组的下标。

　　数组中的内容是一个指针，指向内核中所有打开的文件的列表（file list）；

　　每个文件都有一个 inode，普通文件的inode保存在硬盘上，socket的inode保存在内存中；

　　在这个inode中，指向了socket在内核中的 socket结构；

　　socket主要是一个发送队列和接收队列，两个队列里面保存的是一个缓存sk_buff。这个缓存里面可以看到完整的包结构。

　　下面是一个整体的结构图。

　　

 

2. 基于UDP的Socket函数的调用过程

　　a. bind 一个IP和端口号；

　　b. 不需要维护连接状态，一个socket就可以和多个客户端通信；

　　c. 没有连接状态，所以每次通信都调用 sendto 和 recvfrom，都可以传入IP和端口； 

　　

3. 连接的处理方式

3.1 多进程方式

　　Linux下通过fork子进程，让子进程去处理socket，在Linux内核中，会复制文件描述符列表，内存空间，当前程序执行到哪一行的记录；

　　fork()子进程后会返回一个整数，代表子进程的ID；

　　进程调用fork函数时，返回0代表为子进程，返回其他整数代表为父进程；

　　

 

3.2 多线程方式

　　在Linux下，通过pthread_create创建一个线程，也是调用do_fork。

　　

 

3.3 IO多路复用，一个线程维护多个socket（轮询）

　　一个线程监听全部的socket，通过select函数监听文件描述符集合，

　　一旦有变化，就依次查看每个文件描述符，

　　将发生变化的文件描述符在fd_set对应的位设置为1 ，表示socket可读或者可写，

　　然后继续监听；

3.4 IO多路复用，基于事件通知

　　事件通知在Linux中通过epoll函数实现，通过注册callback函数的方式，某个文件描述符发生变化时主动通知。

　　Linux中通过epoll_create创建epoll对象，它本身也是一个文件，它里面有一个红黑树结构，保存着监听的所有socket；

　　当epoll_ctl添加一个socket的时候，其实是加入这个红黑树，同时红黑树的节点指向一个结构，这个结构挂在被监听的socket事件列表中。

　　当一个socket来了一个事件之后，可以在这个列表中得到epoll对象，并调用callback通知他。