socket编程 学习笔记 理解

在使用socket（也就是套接字）编程的时候，其实是工作于应用层和传输层之间

如果使用的是基于TCP的socket，那每个数据包的发送的过程大致为：

1. 数据通过socket套接字构造符合TCP协议的数据包
2. 在屏蔽底层协议的情况下，可以理解为TCP层直接将该数据包发往目标机器的TCP层
3. 目标机器解包得到数据

使用TCP连接收发数据需要做三件事：

1. 建立连接
2. 收发数据
3. 断开连接

下面将对这三点展开说明：

建立连接：TCP三次握手

在没连接的情况下，客户端的TCP状态处于CLOSED状态，服务端的TCP处于CLOSED（未开启监听）或LISTEN（开启监听）状态。

TCP中，服务端与客户端建立连接的过程如下：

1. 客户端主动发起连接（在socket编程中则为调用connect函数），向服务端发送一个SYN包。这个SYN包可以看作是一个小数据包，不过其中没有任何实际数据，仅有诸如TCP首部等协议包必须数据。
2. 此时客户端状态从CLOSED变为SYN_SENT
3. 服务端收到SYN包，并且，服务端返回一个针对该SYN包的响应包（ACK包）和一个新的SYN包。在socket编程中，服务端能收到SYN包的前提是，服务端已经调用过listen函数使其处于监听状态（必须处于LISTEN状态），并且处于调用accept函数后，等待连接的阻塞状态。
4. 此时服务端状态从LISTEN变为SYN_RCVD
5. 客户端收到服务端发来的两个包，并针对新SYN包，返回ACK包。
6. 此时客户端状态从SYN_SENT切换至ESTABLISHED，该状态表示可以传输数据了。
7. 服务端收到ACK包，成功建立连接，accept函数返回客户端套接字。
8. 此时服务端状态从SYN_RCVD切换至ESTABLISHED

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收发数据

当连接建立之后，就可以通过客户端套接字进行收发数据了。

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断开连接：TCP四次挥手

1. 双方中有一方（假设为A为主动方，另一方为B）主动关闭连接（调用close，或者其进程本身被终止等情况），则A向B发送FIN包，A从ESTABLISHED状态切换为FIN_WAIT_1状态
2. B接收到FIN包，并发送ACK包，B从ESTABLISHED状态切换为CLOSE_WAIT状态
3. A接收到ACK包，此时A从FIN_WAIT_1状态切换为FIN_WAIT_2状态
4. 一段时间后，B调用自身的close函数，并发送FIN包，B从CLOSE_WAIT状态切换为LAST_ACK状态
5. A接收到FIN包，并发送ACK包，A从FIN_WAIT_2状态切换为TIME_WAIT状态
6. B接收到ACK包，关闭连接。此时B从LAST_ACK状态切换为CLOSED状态
7. A等待一段时间（两倍的最长生命周期）后，关闭连接。此时A从TIME_WAIT状态切换为CLOSED状态

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listen函数

#include <sys/socket.h>
int listen(int sockfd, int backlog);

现在的backlog仅指Accept队列的最大长度。另一个队列，SYN队列的最大长度由系统的其它变量决定：
客户端发送的SYN到达服务器之后，服务端返回SYN/ACK，并将该客户端放置SYN队列中（第一次+第二次握手）
当服务端接收到客户端的ACK之后（第三次握手），完成握手，服务端将对应的连接从SYN队列中取出，放入Accept队列，等待accept函数接收并处理其请求

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accept函数
accept函数由TCP服务器调用，用于从Accept队列中pop出一个已完成的连接。
若Accept队列为空，则accept函数所在的进程阻塞。

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服务器优化Tip：
如果服务器端在每接收到一个请求时，都将日志在屏幕上打印（例如std::cout），这种与输出设备交互的IO很慢。

可以尝试将日志打印转为文件输出。