UNP第三部分总结

第十二章 IPv4和IPv6

一图解释:

第十三章 守护进程和inetd

守护进程:在后台运行且不与任何终端关联的进程。

syslogd:这个守护进程创建Unix域数据报套接字绑定/dev/log,等待接受日志信息,不过推荐使用syslog函数。

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void syslog(int priority, const char *message, ...);
  • priority是以下两者位或:


  • message类似printf。

关于daemon_init:

  • fork,保证子进程后台运行且不是一个进程组的头进程;
  • setsid,子进程变成新会话和新进程组的头进程;
  • fork,保证子进程不会获得控制终端;
  • 更改目录,关闭描述符,重定向描述符;
  • 用syslogd处理错误。

关于inetd:

  • 简化部分守护进程的编写;
  • 单个进程取代每个服务一个进程,减少了进程总数;
  • 读取/etc/inetd.conf配置;

第十四章 高级I/O函数

如何设置I/O超时?

  1. 调用alarm,通过SIGALRM中断系统调用;
  2. 使用select提供的超时机制等待I/O,用于connect时要求非阻塞;
  3. 使用SO_RCVTIMEO, SO_SNDTIMEO套接字选项。

recv和send

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ssize_t recv(int sockfd, void *buff, size_t nbytes, int flags);
ssize_t send(int sockfd, const void *buff, size_t nbytes, int flags);

比起read和write区别在flags上,如下:

readv和writev

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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;
size_t iov_len;
}

分散读和集中写,iov是指向struct iovec的一个数组。

recvmsg和sendmsg

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ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);
ssize_t sendmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);

struct msghdr{
void *msg_name;
socklen_t msg_namelen;
struct iovec *msg_iov;
int msg_iovlen;
void *msg_control;
socklen_t msg_controllen;
int msg_flags;
}
  • msg_name, msg_namelen类似recvfrom, sendto的第五、六个参数;
  • msg_iov, msg_iovlen类似readv, writev的第二、三个参数;
  • 区别flags和msg_flags,两者在接受和发送中有所不同;

辅助数据

利用sendmsg, recvmsg中msghdr的msg_control, msg_controllen发送接受。

第十五章 Unix域协议

Why use it?

  • 同一主机上比TCP快;
  • 能传递描述符;
  • 能提供额外的安全检查;
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struct sockaddr_un{
sa_family_t sun_family; //AF_LOCAL
char sun_path[104];
}
  • 路径必须是绝对路径名
  • connect连接的路径名必须满足:
    • 存在该路径名;
    • 必须是一个套接字;
    • 有与之关联的打开的描述符;
    • 类型相符合;
  • connect发现监听套接字队列满直接返回ECONNREFUSED错误,不会像TCP一样重试;
  • 发送数据报必须手动绑定路径名,系统不会自动绑定路径名,否则接收端无法应答;
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//创建两个连接的套接字,仅适用于Unix域套接字
int socketpair(int family, int type, int protocol, int sockfd[2]);

描述符传递:

  1. 创建Unix域套接字;
  2. 发送进程创建msghdr,在其中填上描述符,发送;
  3. 接受进程利用recvmsg接受描述符;

注意,描述符传递并不是传递描述符数值,而是在发送过程中创建一个新的描述符,这个新的描述符引用相同的文件表项,新描述符的数值和发送描述符数值没有任何关系。

第十六章 非阻塞I/O

将一个套接字设置为非阻塞后,对其调用read, readv, recv, recvfrom, recvmsg, write, writev, send, sendto, sendmsg, accept若无法满足条件,进程不会睡眠,而是调用会返回一个EWOULDBLOCK,对于connect来说,连接通常无法立刻建立,但会激发三次握手,返回EINPROGRESS。

使用方法通常如下:

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int val = fcntl(fd, F_GETFL, 0);
fcntl(fd, F_SETFL, val | O_NONBLOCK);
......
if( (n = func(fd, buff, bufflen)) < 0){
if(errno == EWOULDBLOCK)
continue;
......
}

非阻塞connect:

用途:

  • 将三次握手的时间利用起来;
  • 同时建立多个连接;
  • 利用select缩短connect的超时;

注意:

  • 非阻塞connect通常无法立刻完成,返回EINPROGRESS,但若是同一主机,连接通常立刻完成。
  • 利用select如何判断connect成功是个问题:
    • 套接字可写不可读意味着connect成功;
    • 套接字可读可写意味着发生错误或者连接成功且对端已发送数据,应当再判断一下errno。
    • 移植问题(这里不考虑
  • 如果非阻塞connect可能被中断,且connect不被重启,此时只能使用select判断connect是否成功,因为我们不能再次调用connect。

非阻塞accept:

若用select检测监听套接字的可读性(是否可accept),既然select返回的是监听套接字可读,那么accept就不可能阻塞吗?答案是否定的,如果在select返回和accept之间客户发送RST终止连接,则连接被移除已连接队列,这时服务器调用accept就会阻塞,为了避免这个问题,就应当在select之前把监听套接字设为非阻塞,并在之后的调用中注意这一点。

第十七章 ioctl

ioctl是对设备I/O通道进行控制的函数。

第十八章 路由套接字

路由套接字可以管理路由表、接口列表,获取相关信息。

第二十章 广播

竞争状态的相关思考:

  • 如果有多个进程访问共享数据,结果取决于进程的执行顺序,那么此时竞争问题就会出现;

第二十二章 高级UDP编程

  • 只有UDP支持广播和多播;
  • UDP连接成本小;
  • UDP不可靠,无流量控制;
  • 简单请求和应答可以使用UDP,但应用程序应当自行错误检测;

UDP的可靠性

  • 超时和重传
  • 序列号

并发UDP服务器

  • 如果UDP只发送一个应答,简单fork让子进程处理客户就好。
  • 如果UDP和客户交换多个数据报,由于客户只知道服务器的众所周知端口,当主进程接受到一个数据报时不好判断数据报的来源,此时的解决办法是为每个客户创建一个新的套接字,并让客户将之后的数据包发送至这个新的套接字。

第二十四章 带外数据

TCP并没有真正的带外数据,不过提供了紧急模式,一些注意点:

  • 收到的TCP首部虽然指出发送端进入紧急模式,但紧急指针指的数据却不一定已经发送;
  • 即使因为流量控制暂停发送数据,紧急通知仍会发送;
  • 每个连接只有一个带外标记,新到达的标记会覆盖之前的标记;
  • 除非指定SO_OOBINLINE,新的带外字节会覆盖旧的带外字节;

第二十五章 信号驱动式I/O

  • 设置SIGIO信号的信号处理函数;
  • 设置套接字属主(fcntl F_SETOWN);
  • 开启信号驱动式I/O(fcntl F_SETFL);

SIGIO信号的产生:

  • 对于UDP:
    • 数据报到达;
    • 发生异步错误;
  • 对于TCP:
    • 监听套接字连接请求完成;
    • 断连请求发起;
    • 断连请求完成;
    • 连接半关闭;
    • 数据到达;
    • 数据发送;
    • 发生异步错误;

信号处理函数无法判断套接字的情况,于是信号式I/O对于TCP基本没用,UDP还有点用,不过只是一点。

第二十六章 线程

线程可以理解为轻量进程,同一进程有多个线程,这些线程共享全局内存,也就是共享全局变量、描述符、信号处理函数、工作目录,但每个线程有各自的TID、寄存器、栈、errno、优先级。

创建和终止

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//类似fork,attr是线程属性,func是函数指针,arg是函数参数
int pthread_create(pthread_t *tid, const pthread_attr_t *attr,
void *(*func)(void *), void *arg);
//类似waitpid
int pthread_join(pthread_t *tid, void **status);
//类似getpid
pthread_t pthread_self(void);
//使线程脱离,类似守护进程
int pthread_detach(pthread_t tid);
//终止线程
void pthread_exit(void *status);

线程特定数据

  • 每个线程支持有限数量的线程特定数据:

  • 调用pthread_key_create创建一个键,并指定析构函数;

  • 调用pthread_getspecific获取特定线程的键值(指针);

  • 分配所需内存,并将内存地址赋给指针;

  • 线程终止时,扫描pkey数组,为非空元素调用key数组中相对应的析构函数;

互斥锁和条件变量

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int pthread_mutex_init(phtread_mutex_t *mptr, const pthread_mutexattr_t *attr);
int pthread_mutex_destory(pthread_mutex_t *mptr);
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mptr);
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mptr);
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mptr);
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int pthread_cond_init(phtread_cond_t *cptr, const pthread_condattr_t *attr);
int pthread_cond_destory(pthread_cond_t *cptr);
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cptr, pthread_mutex_t *mptr);
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cptr);
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cptr);

为什么条件变量必须关联一个互斥锁:

  • 既然是条件变量,通常和一个变量有关,而这个变量肯定是共享的,因此这个变量肯定需要一个互斥锁;
  • wait函数是原子操作,当它阻塞时,必须要解锁这个互斥锁,如果不传给wait函数互斥锁自己手动解锁互斥锁,就不是原子操作了;

第二十八章 原始套接字

原始套接字可以直接读取ICMP分组,可以处理内核不处理的协议字段的数据报,还可以自己构造数据报。

第三十章 C/S服务器程序设计范式

  • 迭代服务器
  • 并发服务器
    • 多进程
      • 有进程池
      • 无进程池
    • 多线程
      • 有线程池
      • 无线程池