湖北省建设工程招标网站,做网站架构的软件,一站式企业服务平台是什么,wordpress开发前台登录插件2016.7.4今天晚上对项目顶层文件(daemon)进行了分析#xff0c;对其中的TCP连接进行具体的代码级分析。1、需求分析首先得知道我们这里为什么要用TCP连接#xff0c;我们的整个测试系统是由上位机作为客户端#xff0c;发送测试文件#xff0c;测试命令给我们测试程序上对其中的TCP连接进行具体的代码级分析。1、需求分析首先得知道我们这里为什么要用TCP连接我们的整个测试系统是由上位机作为客户端发送测试文件测试命令给我们测试程序上那么我们测试程序相当于作为一个服务器端程序一直阻塞等待数据的到来如果弄清楚了这个就比较好理解后面的TCP端为什么用的服务器监听函数。对于整个测试系统下发的分为两个部分测试查询命令和测试脚本参数文件对于查询命令数据量下采用不可靠但简单的UDP服务对于测试脚本参数文件其中包含我们测试的各种参数需要可靠的传输采用TCP服务2、TCP连接原理分析TCP通信是通过网络完成服务器与客户端的通信支持可靠传输。TCP/IP协议存在于OS中网络服务通过OS提供在OS中增加支持TCP/IP的系统调用——Berkeley套接字如SocketConnectSendRecv等TCP/IP协议族包括运输层、网络层、链路层而socket所在位置如图Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层。形象的比喻就是socket就是一个口袋一个洞用户可以通过这个洞直接与网络协议栈打交道完成网络通信基于它就是因为抽象接口封装简单。简单介绍下socket的数据结构1、 socket套接字socket起源于Unix而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”都可以用“打开open – 读写write/read –关闭close”模式来操作。Socket就是该模式的一个实现socket即是一种特殊的文件一些socket函数就是对其进行的操作(读/写IO、打开、关闭).说白了Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层它是一组接口。在设计模式中Socket其实就是一个门面模式它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面对用户来说一组简单的接口就是全部让Socket去组织数据以符合指定的协议。注意其实socket也没有层的概念它只是一个facade设计模式的应用让编程变的更简单。是一个软件抽象层。在网络编程中我们大量用的都是通过socket实现的。2、套接字描述符其实就是一个整数我们最熟悉的句柄是0、1、2三个0是标准输入1是标准输出2是标准错误输出。0、1、2是整数表示的对应的FILE *结构的表示就是stdin、stdout、stderr套接字API最初是作为UNIX操作系统的一部分而开发的所以套接字API与系统的其他I/O设备集成在一起。特别是当应用程序要为因特网通信而创建一个套接字(socket)时操作系统就返回一个小整数作为描述符(descriptor)来标识这个套接字。然后应用程序以该描述符作为传递参数通过调用函数来完成某种操作(例如通过网络传送数据或接收输入的数据)。在许多操作系统中套接字描述符和其他I/O描述符是集成在一起的所以应用程序可以对文件进行套接字I/O或I/O读/写操作。当应用程序要创建一个套接字时操作系统就返回一个小整数作为描述符应用程序则使用这个描述符来引用该套接字需要I/O请求的应用程序请求操作系统打开一个文件。操作系统就创建一个文件描述符提供给应用程序访问文件。从应用程序的角度看文件描述符是一个整数应用程序可以用它来读写文件。下图显示操作系统如何把文件描述符实现为一个指针数组这些指针指向内部数据结构。对于每个程序系统都有一张单独的表。精确地讲系统为每个运行的进程维护一张单独的文件描述符表。当进程打开一个文件时系统把一个指向此文件内部数据结构的指针写入文件描述符表并把该表的索引值返回给调用者 。应用程序只需记住这个描述符并在以后操作该文件时使用它。操作系统把该描述符作为索引访问进程描述符表通过指针找到保存该文件所有的信息的数据结构。针对套接字的系统数据结构1)、套接字API里有个函数socket它就是用来创建一个套接字。套接字设计的总体思路是单个系统调用就可以创建任何套接字因为套接字是相当笼统的。一旦套接字创建后应用程序还需要调用其他函数来指定具体细节。例如调用socket将创建一个新的描述符条目2)、虽然套接字的内部数据结构包含很多字段但是系统创建套接字后大多数字字段没有填写。应用程序创建套接字后在该套接字可以使用之前必须调用其他的过程来填充这些字段。3、文件描述符和文件指针的区别文件描述符在linux系统中打开文件就会获得文件描述符它是个很小的正整数。每个进程在PCB(Process Control Block)中保存着一份文件描述符表文件描述符就是这个表的索引每个表项都有一个指向已打开文件的指针。文件指针C语言中使用文件指针做为I/O的句柄。文件指针指向进程用户区中的一个被称为FILE结构的数据结构。FILE结构包括一个缓冲区和一个文件描述符。而文件描述符是文件描述符表的一个索引因此从某种意义上说文件指针就是句柄的句柄(在Windows系统上文件描述符被称作文件句柄)。下面讲述下利用socket通信的服务器端和客户端的基本结构框图服务器端先初始化Socket然后与端口绑定(bind)对端口进行监听(listen)调用accept阻塞等待客户端连接。在这时如果有个客户端初始化一个Socket然后连接服务器(connect)如果连接成功这时客户端与服务器端的连接就建立了。客户端发送数据请求服务器端接收请求并处理请求然后把回应数据发送给客户端客户端读取数据最后关闭连接一次交互结束。3、TCP连接代码分析(需要说明的是这里以项目的daemon.c代码为例 )首先给出定义的一些buf和一些文件数据变量按照上述红色框框的程序流程图一步步分析。(1)定义socket套接字socket函数具体参数及返回值分析如下socket()函数int socket(int protofamily, int type, int protocol);//返回sockfdsockfd是描述符。socket函数对应于普通文件的打开操作。普通文件的打开操作返回一个文件描述字而socket()用于创建一个socket描述符(socket descriptor)它唯一标识一个socket。这个socket描述字跟文件描述字一样后续的操作都有用到它把它作为参数通过它来进行一些读写操作。正如可以给fopen的传入不同参数值以打开不同的文件。创建socket的时候也可以指定不同的参数创建不同的socket描述符socket函数的三个参数分别为protofamily即协议域又称为协议族(family)。常用的协议族有AF_INET(IPV4)、AF_INET6(IPV6)、AF_LOCAL(或称AF_UNIXUnix域socket)、AF_ROUTE等等。协议族决定了socket的地址类型在通信中必须采用对应的地址如AF_INET决定了要用ipv4地址(32位的)与端口号(16位的)的组合、AF_UNIX决定了要用一个绝对路径名作为地址。type指定socket类型。常用的socket类型有SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等等(socket的类型有哪些)。protocol故名思意就是指定协议。常用的协议有IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等它们分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议(这个协议我将会单独开篇讨论)。注意并不是上面的type和protocol可以随意组合的如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP组合。当protocol为0时会自动选择type类型对应的默认协议。当我们调用socket创建一个socket时返回的socket描述字它存在于协议族(address familyAF_XXX)空间中但没有一个具体的地址。如果想要给它赋值一个地址就必须调用bind()函数否则就当调用connect()、listen()时系统会自动随机分配一个端口。给出代码中的实例返回的即是套接字的名称套接字的数据结构作为后面函数的参数。(2)bind()函数绑定定义socket的IP地址和端口号bind函数具体参数及返回值分析如下bind()函数正如上面所说bind()函数把一个地址族中的特定地址赋给socket。例如对应AF_INET、AF_INET6就是把一个ipv4或ipv6地址和端口号组合赋给socket。int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);函数的三个参数分别为sockfd即socket描述字它是通过socket()函数创建了唯一标识一个socket。bind()函数就是将给这个描述字绑定一个名字。addr一个const struct sockaddr *指针指向要绑定给sockfd的协议地址。这个地址结构根据地址创建socket时的地址协议族的不同而不同如ipv4对应的是struct sockaddr_in {sa_family_t sin_family; /* address family: AF_INET */in_port_t sin_port; /* port in network byte order */struct in_addr sin_addr; /* internet address */};/* Internet address. */struct in_addr {uint32_t s_addr; /* address in network byte order */};ipv6对应的是struct sockaddr_in6 {sa_family_t sin6_family; /* AF_INET6 */in_port_t sin6_port; /* port number */uint32_t sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */struct in6_addr sin6_addr; /* IPv6 address */uint32_t sin6_scope_id; /* Scope ID (new in 2.4) */};struct in6_addr {unsigned char s6_addr[16]; /* IPv6 address */};Unix域对应的是#define UNIX_PATH_MAX 108struct sockaddr_un {sa_family_t sun_family; /* AF_UNIX */char sun_path[UNIX_PATH_MAX]; /* pathname */};addrlen对应的是地址的长度。通常服务器在启动的时候都会绑定一个众所周知的地址(如ip地址端口号)用于提供服务客户就可以通过它来接连服务器而客户端就不用指定有系统自动分配一个端口号和自身的ip地址组合。这就是为什么通常服务器端在listen之前会调用bind()而客户端就不会调用而是在connect()时由系统随机生成一个。给出代码中实例从代码上分析可以知道给三个socket通过bind绑定了不同的地址和端口号需要注意的是还有assert()函数该函数是检测异常终止并打印相应信息的函数具体函数说明如下assert宏的原型定义在中其作用是如果它的条件返回错误则终止程序执行原型定义#include void assert( int expression );assert的作用是现计算表达式 expression 如果其值为假(即为0)那么它先向stderr打印一条出错信息然后通过调用 abort 来终止程序运行。请看下面的程序清单badptr.c#include #include #include int main( void ){FILE *fp;fp fopen( test.txt, w );//以可写的方式打开一个文件如果不存在就创建一个同名文件assert( fp ); //所以这里不会出错fclose( fp );fp fopen( noexitfile.txt, r );//以只读的方式打开一个文件如果不存在就打开文件失败assert( fp ); //所以这里出错fclose( fp ); //程序永远都执行不到这里来return0;}[rootlocalhost error_process]# gcc badptr.c[rootlocalhost error_process]# ./a.outa.out: badptr.c:14: main: Assertion fp failed.(3)listen监听函数监听端口是否有TCP握手请求listen()、connect()函数如果作为一个服务器在调用socket()、bind()之后就会调用listen()来监听这个socket如果客户端这时调用connect()发出连接请求服务器端就会接收到这个请求。int listen(int sockfd, int backlog);int connect(int sockfd, conststruct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);listen函数的第一个参数即为要监听的socket描述字第二个参数为相应socket可以排队的最大连接个数。socket()函数创建的socket默认是一个主动类型的listen函数将socket变为被动类型的等待客户的连接请求。connect函数的第一个参数即为客户端的socket描述字第二参数为服务器的socket地址第三个参数为socket地址的长度。客户端通过调用connect函数来建立与TCP服务器的连接。listen函数较为简单而且仅仅针对TCP连接的服务器端实例代码如下从上面看出MAXPENDING表示最大的连接数定义的是MAXPENDING5。(4)accpet接收函数接收客户端的tcp连接accept()函数TCP服务器端依次调用socket()、bind()、listen()之后就会监听指定的socket地址了。TCP客户端依次调用socket()、connect()之后就向TCP服务器发送了一个连接请求。TCP服务器监听到这个请求之后就会调用accept()函数取接收请求这样连接就建立好了。之后就可以开始网络I/O操作了即类同于普通文件的读写I/O操作。int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen); //返回连接connect_fd参数sockfd参数sockfd就是上面解释中的监听套接字这个套接字用来监听一个端口当有一个客户与服务器连接时它使用这个一个端口号而此时这个端口号正与这个套接字关联。当然客户不知道套接字这些细节它只知道一个地址和一个端口号。参数addr这是一个结果参数它用来接受一个返回值这返回值指定客户端的地址当然这个地址是通过某个地址结构来描述的用户应该知道这一个什么样的地址结构。如果对客户的地址不感兴趣那么可以把这个值设置为NULL。参数len如同大家所认为的它也是结果的参数用来接受上述addr的结构的大小的它指明addr结构所占有的字节个数。同样的它也可以被设置为NULL。如果accept成功返回则服务器与客户已经正确建立连接了此时服务器通过accept返回的套接字来完成与客户的通信。注意accept默认会阻塞进程直到有一个客户连接建立后返回它返回的是一个新可用的套接字这个套接字是连接套接字。此时我们需要区分两种套接字监听套接字: 监听套接字正如accept的参数sockfd它是监听套接字在调用listen函数之后是服务器开始调用socket()函数生成的称为监听socket描述字(监听套接字)连接套接字一个套接字会从主动连接的套接字变身为一个监听套接字而accept函数返回的是已连接socket描述字(一个连接套接字)它代表着一个网络已经存在的点点连接。一个服务器通常通常仅仅只创建一个监听socket描述字它在该服务器的生命周期内一直存在。内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建了一个已连接socket描述字当服务器完成了对某个客户的服务相应的已连接socket描述字就被关闭。自然要问的是为什么要有两种套接字原因很简单如果使用一个描述字的话那么它的功能太多使得使用很不直观同时在内核确实产生了一个这样的新的描述字。连接套接字socketfd_new 并没有占用新的端口与客户端通信依然使用的是与监听套接字socketfd一样的端口号client_sd即使返回的新的套接字连接套接字通过连接套接字进行数据的传输。但是上述这种方式存在i一个很大的问题——即如果没有tcp请求会一直阻塞而且用户无法得知效率极低。为了解决上述的办法引进了套接字监控宏函数。直接给出实例是如何调用的上述用的4个操作宏到底有什么用如何定义的呢、下面进行详细的介绍FD_ZEROFD_ISSET这些都是套节字结合操作宏 看看MSDN上的select函数, 这是在select io模型中的核心,用来管理套节字IO的,避免出现无辜锁定.int select(int nfds,fd_set FAR *readfds, fd_set FAR *writefds, fd_set FAR *exceptfds, const struct timeval FAR *timeout);第一个参数在windows下可以忽略但在linux下必须设为最大文件描述符加1二是结构fd_set在两个系统里定义不一样)。所以代码中对这个位置也有特别的注意为什么对三个套接字取了最大值max_sd表示正在被使用的socket类最后的是超时标准,select是阻塞操作当然要设置超时事件. 接着的三个类型为fd_set的参数分别是用于检查套节字的可读性,可写性,和列外数据性质.我举个例子 :比如recv(), 在没有数据到来调用它的时候,你的线程将被阻塞如果数据一直不来,你的线程就要阻塞很久.这样显然不好.所以采用select来查看套节字是否可读(也就是是否有数据读了)步骤如下socket s;.....fd_set set;while(1){FD_ZERO(set);//将你的套节字集合清空FD_SET(s, set);//加入你感兴趣的套节字到集合,这里是一个读数据的套节字sselect(0,set,NULL,NULL,NULL);//检查套节字是否可读,//很多情况下就是是否有数据(注意,只是说很多情况)//这里select是否出错没有写if(FD_ISSET(s, set) //检查s是否在这个集合里面,{ //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉//只保留符合条件的套节字在这个集合里面recv(s,...);}//do something here}也就是说我们得检测我们选定的套接字中此时可不可读如果不可读我们就将套接字刷新掉不比一直进行阻塞等待等中心建立新的套接字在进行下一轮提高之前说的阻塞效率。(5)recv()函数接收客户端传送的数据先看下recv函数的原型int recv( SOCKET s, char FAR *buf, int len, int flags);不论是客户还是服务器应用程序都用recv函数从TCP连接的另一端接收数据。该函数的第一个参数指定接收端套接字描述符第二个参数指明一个缓冲区该缓冲区用来存放recv函数接收到的数据第三个参数指明buf的长度第四个参数一般置0。这里只描述同步Socket的recv函数的执行流程。当应用程序调用recv函数时(1)recv先等待s的发送缓冲中的数据被协议传送完毕如果协议在传送s的发送缓冲中的数据时出现网络错误那么recv函数返回SOCKET_ERROR(2)如果s的发送缓冲中没有数据或者数据被协议成功发送完毕后recv先检查套接字s的接收缓冲区如果s接收缓冲区中没有数据或者协议正在接收数据那么recv就一直等待直到协议把数据接收完毕。当协议把数据接收完毕recv函数就把s的接收缓冲中的数据copy到buf中(注意协议接收到的数据可能大于buf的长度所以 在这种情况下要调用几次recv函数才能把s的接收缓冲中的数据copy完。recv函数仅仅是copy数据真正的接收数据是协议来完成的)recv函数返回其实际copy的字节数。如果recv在copy时出错那么它返回SOCKET_ERROR如果recv函数在等待协议接收数据时网络中断了那么它返回0。给出代码中的实例上面说了我们可能 一次copy没有说有的数据这时候我们需要做的就是多次调用recv函数很明显这里我们不是简单的用这一句话完成需要对数据流进行控制输出控制代码如下代码也不难分析来看就是一个while循环完成这个buffer(4KB)缓存池的写满通过buffer_len和recv返回copy字节数ret进行控制用buffer_len-ret当等于0的时候也就是填满了可以跳出循环了。(6)close()函数关闭连接套接字当数据传输完成后关闭对应的连接套接字则缓存中不会有其他的数据接收避免下次调用的时候复写。close()函数在服务器与客户端建立连接之后会进行一些读写操作完成了读写操作就要关闭相应的socket描述字好比操作完打开的文件要调用fclose关闭打开的文件。#include int close(int fd);close一个TCP socket的缺省行为时把该socket标记为以关闭然后立即返回到调用进程。该描述字不能再由调用进程使用也就是说不能再作为read或write的第一个参数。注意close操作只是使相应socket描述字的引用计数-1只有当引用计数为0的时候才会触发TCP客户端向服务器发送终止连接请求。代码实例调用如下很简单没有什么好分析的。完成以上的6个动作最后即将客户端发送的4KB数据放到buf中之后的程序就是根据这4KB的脚本数据进行后面的测试工具。
