《Linux高性能服務器編程》閱讀筆記

• bind成功時返回0，失敗時返回-1並設置errno。其中，兩種常見的errno是EACCES和EADDRINUSE，他們的含義分別是：
  • EACCES：被綁定的地址是受保護的地址，僅有超級用戶能夠訪問
  • EADDRINUSE：被綁定的地址正在使用中。
• listen的backlog參數表示：處於徹底鏈接狀態的socket的上限。
• accept只是從監聽隊列中取出鏈接，而無論鏈接處於何種狀態。（ESSTABLISHED或者CLOSE_WAIT）
• connect失敗時返回-1並設置errno。其中，最多見的兩種errno是ECONNREFUSED和ETIMEDOUT。
  • ECONNREFUSED：目標端口不存在，鏈接被拒絕。
  • ETIMEDOUT：鏈接超時。

• close並不是當即關閉一個鏈接，而是將fd的引用數減1。

  重點來了：

• 對於監聽Socket來講,在listen調用前設置這些經常使用的Socket選項，那麼Accept返回的鏈接Socket將繼承這些選項：SO_KEEPALIVE，SO_LINGER，SO_RCVBUF，SO_REVLOWAT，SO_SNDBUF，SO_SNDLOWAT，TCP_NODELAY。
• 對於客戶端Socket來講,上述的選項應該在調用Connect函數以前設置，由於Connect調用成功返回以後，TCP三次握手已經完成。
• 下面我將詳細介紹這些套接字選項：
  • SO_REUSEADDR：服務器程序能夠經過設置Socket選項來強制使用陷入TIME_WAIT狀態的鏈接佔用的Socket Address
  • SO_REUSPORT：容許在一個端口上啓動一個服務的多個實例，只要每一個實例綁定不一樣的本地IP地址便可。
  • SO_RCVBUF 和 SO_SNDBUF：表示TCP接受緩衝區與發送緩衝區的大小。TCP接受緩衝區的大小最好設置爲MSS（1460）的偶數倍.
  • SO_RCVLOWAT 和 SO_SNDLOWAT：表示接受緩衝區與發送緩衝區的低水平位標記。默認狀況下，均爲1。
  • SO_LINGER：能夠經過該選項控制Close系統調用的不一樣的行爲。默認狀況下，當咱們使用Close系統調用來關閉一個Socket時，Slose當即返回，TCP模塊負責將該Socket發送緩衝區中的數據發送給對方。
  • SO_KEPPALIVE：發送週期性保活報文維持鏈接。
  • TCP_NODELAY：禁止Nagle算法，即在鏈接上會出現不少的小的數據塊，在局域網環境下能夠開啓。
• 零拷貝函數：

#include<sys/sendfile.h>
ssize_t sendfile(int out_fd, int in_fd, off_t* offset, size_t count);

• 零拷貝函數：

#include<fcntl.h>
ssize_t splice(int in_fd, loff_t* off_in, int out_fd, loff_t* off_out, size_t len, unsigned int flags);

//使用splice實現零拷貝反射服務器
int pipefd[2];
int ret = pipe(pipefd);
ret = splice(connectfd, NULL, pipefd[1], NULL, 65536, SPLICE_F_MORE | SPLICE_F_MOVE);
ret = splice(pipefd[0], NULL, connectfd, NULL, 65536, SPLICE_F_MORE | SPLICE_F_MOVE);
close(connectfd);

• 針對非阻塞IO執行的系統調用老是當即返回，而無論事情是否已經發生。若是事情沒有當即發生，這些系統調用就當即返回-1，就和出錯返回同樣，此時咱們必須根據返回時設置的errno來判斷具體發生了什麼狀況。對Accept，Send，Recv而言，事件發生未發生時errno一般被設置爲EAGAIN（意味着「再來一次」）或者EWOULDBLOCK（意味着「指望阻塞」）；對於Connect而言，errno則被設置爲EINPEOCESS（意味着「在處理中」）。
• IO複用函數自己是阻塞的，他們能夠提升程序效率的緣由在於他們具備同事監聽多個IO事件的能力。
• 服務器程序一般須要處理三類事件：IO事件，定時器事件，信號事件。
• 兩種事件處理模式：Reactor和Proator
  • Reactor
    • 主線程往Epoll內核事件表中註冊可讀事件
    • 主線程等待可讀事件發生
    • 可讀事件發生時，主線程將可讀事件放入請求隊列
    • 主線程將睡眠在請求隊列中的工做線程喚醒，處理可讀事件。處理完畢以後，向Epoll註冊可寫事件
    • 主線程等待可寫事件發生
    • 可寫事件發生時，主線程將可寫事件放入請求隊列
    • 如此往復循環
  • Proator
    • 主線程向內核註冊讀完成事件，完成時，經過信號通知應用程序
    • 主線程繼續處理其餘邏輯
    • 主線程收到讀完成事件後，將讀到的數據封裝成一個事件對象送入工做線程。工做線程處理完畢以後，向內核註冊讀完成事件，並告訴內核用戶緩衝區的位置
    • 主線程繼續處理其餘邏輯
    • 主線程收到讀完成事件，作善後處理
    • 如此往復循環
• 三個IO複用機制
  • select：每次事件發生以後，以前註冊事件都會被修改，須要用FD_ISSET進行判斷，而後從新註冊。
  • poll：同select，使用輪詢機制
  • epoll：epoll對文件描述符的操做有兩種模式：LT（電平觸發）和ET（邊沿觸發）。LT模式是默認的工做模式。當設置EPOLLET時，epoll會以ET模式來操做文件描述符，ET是高效工做模式。
    • ET：當epoll_wait檢測到其上有事件發生並將這次的事件通知給應用程序後，應用程序必須馬上處理該事件，由於後續的epoll_wait不會再次嚮應用程序通知這一事件。下降了epoll事件被觸發的次數，所以效率高於LT。
    • LT：epoll_wait檢測到有事件發生並將這次的事件通知應用程序後，應用程序能夠不當即處理該事件。這樣，當應用程序下一次調用epoll_wait的時候，epoll_wait還會再次嚮應用通知該事件，直到該事件被處理。

    • EPOLLONESHOT：對於註冊EPOLLONESHOT事件的文件描述符，操做系統最多觸發其上註冊的一個事件（可讀，可寫或者異常），而且只觸發一次，除非咱們使用epoll_ctl函數重置該文件描述符上註冊的EPOLLONESHOT事件。
      ```

      include<sys/select.h>

      int select(int nfds, fd_set* readfds, fd_set* writefds, fd_set* exceptfds, struct timeval* timeout);

FD_ZERO(fd_set* fdset);
FD_SET(int fd, fd_set* fdset);
FD_CLR(int fd,fd_set* fdset);
int FD_ISSET(int fd,fd_set* fdset);

struct timeval
{
long tv_sec; //秒數
long tv_usec; //微秒數
}

include<poll.h>

int poll(struct pollfd* fds, nfds_t nfds, int timeout);

struct pollfd
{
int fd;
short event; //註冊的事件
short revent; //實際發生的事件，內核填充，記得每次判斷後歸零
}

POLLIN：數據可讀
POLLOUT：數據可寫
POLLREHUP：TCP鏈接被對方關閉，或者對方關閉了寫操做
POLLERR：錯誤
POLLHUP：掛起
POLLNVAL：文件描述符沒有打開

include<sys/epoll.h>

int epoll_create(int size);
int epoll_ctl(int epollfd, int op, int fd, struct epoll_event* event);
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event* events, int maxevents, int timeout);

op參數的類型：
EPOLL_CTL_ADD：向事件註冊表中註冊fd事件
EPOLL_CTL_MOD：修改fd上註冊的事件
EPOLL_CTL_DEL：刪除fd上註冊的事件

struct epoll_event
{
_uint32_t events;
epoll_data_t data;
};

union epoll_data
{
void* ptr;
int fd; //指定事件所從屬的描述符
uint32_t u32;
uint64_t u64;
} epoll_data_t;

- 服務器端處理信號的方式：

void sig_handler(int sig)
{
int save_errno = errno;
int msg = sig;
send(pipefd[1], (char*)&msg, 1, 0);
errno = save_errno;
}

void addsig(int sig)
{
struct sigaction sa;
memset(&sa, '\0', sizeof(sa));
sa.sa_handleer = sig_handler;
sa.sa_flags |= SA_RESTART;
sigfillset(&sa.sa_mask);
assrt(sigaction(sig, &sa, NULL) != -1);
}
```

• 與網絡編程相關的信號：
  • SIGHUP：掛起進程的控制終端時，SIGHUP信號會被觸發。
  • SIGPIPE：往一個關閉的管道或者Socket中寫入數據。默認狀態是結束進程。
  • SIGURG：帶外數據到達。
  • SIGCHLD：子進程狀態發生變化，使用wait進行處理
  • SIGTERM：終止進程。kill命令默認發送該信號。
  • SIGINT：鍵盤輸入以中斷進程。