《Linux高性能服务器编程》阅读笔记

• bind成功时返回0，失败时返回-1并设置errno。其中，两种常见的errno是EACCES和EADDRINUSE，他们的含义分别是：
  • EACCES：被绑定的地址是受保护的地址，仅有超级用户可以访问
  • EADDRINUSE：被绑定的地址正在使用中。
• listen的backlog参数表示：处于完全连接状态的socket的上限。
• accept只是从监听队列中取出连接，而不管连接处于何种状态。（ESSTABLISHED或者CLOSE_WAIT）
• connect失败时返回-1并设置errno。其中，最常见的两种errno是ECONNREFUSED和ETIMEDOUT。
  • ECONNREFUSED：目标端口不存在，连接被拒绝。
  • ETIMEDOUT：连接超时。
• close并非立即关闭一个连接，而是将fd的引用数减1。

重点来了：

• 对于监听Socket来说,在listen调用前设置这些常用的Socket选项，那么Accept返回的连接Socket将继承这些选项：SO_KEEPALIVE，SO_LINGER，SO_RCVBUF，SO_REVLOWAT，SO_SNDBUF，SO_SNDLOWAT，TCP_NODELAY。
• 对于客户端Socket来说,上述的选项应该在调用Connect函数之前设置，因为Connect调用成功返回之后，TCP三次握手已经完成。
• 下面我将详细介绍这些套接字选项：
  • SO_REUSEADDR：服务器程序可以通过设置Socket选项来强制使用陷入TIME_WAIT状态的连接占用的Socket Address
  • SO_REUSPORT：允许在一个端口上启动一个服务的多个实例，只要每个实例绑定不同的本地IP地址即可。
  • SO_RCVBUF 和 SO_SNDBUF：表示TCP接受缓冲区与发送缓冲区的大小。TCP接受缓冲区的大小最好设置为MSS（1460）的偶数倍.
  • SO_RCVLOWAT 和 SO_SNDLOWAT：表示接受缓冲区与发送缓冲区的低水平位标记。默认情况下，均为1。
  • SO_LINGER：可以通过该选项控制Close系统调用的不同的行为。默认情况下，当我们使用Close系统调用来关闭一个Socket时，Slose立即返回，TCP模块负责将该Socket发送缓冲区中的数据发送给对方。
  • SO_KEPPALIVE：发送周期性保活报文维持连接。
  • TCP_NODELAY：禁止Nagle算法，即在连接上会出现很多的小的数据块，在局域网环境下可以开启。
• 零拷贝函数：

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

• 零拷贝函数：

#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实现零拷贝反射服务器
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);

• 针对非阻塞IO执行的系统调用总是立即返回，而不管事情是否已经发生。如果事情没有立即发生，这些系统调用就立即返回-1，就和出错返回一样，此时我们必须根据返回时设置的errno来判断具体发生了什么情况。对Accept，Send，Recv而言，事件发生未发生时errno通常被设置为EAGAIN（意味着“再来一次”）或者EWOULDBLOCK（意味着“期望阻塞”）；对于Connect而言，errno则被设置为EINPEOCESS（意味着“在处理中”）。
• IO复用函数本身是阻塞的，他们可以提高程序效率的原因在于他们具有同事监听多个IO事件的能力。
• 服务器程序通常需要处理三类事件：IO事件，定时器事件，信号事件。
• 两种事件处理模式：Reactor和Proator
  • Reactor
    • 主线程往Epoll内核事件表中注册可读事件
    • 主线程等待可读事件发生
    • 可读事件发生时，主线程将可读事件放入请求队列
    • 主线程将睡眠在请求队列中的工作线程唤醒，处理可读事件。处理完毕之后，向Epoll注册可写事件
    • 主线程等待可写事件发生
    • 可写事件发生时，主线程将可写事件放入请求队列
    • 如此往复循环
  • Proator
    • 主线程向内核注册读完成事件，完成时，通过信号通知应用程序
    • 主线程继续处理其他逻辑
    • 主线程收到读完成事件后，将读到的数据封装成一个事件对象送入工作线程。工作线程处理完毕之后，向内核注册读完成事件，并告诉内核用户缓冲区的位置
    • 主线程继续处理其他逻辑
    • 主线程收到读完成事件，做善后处理
    • 如此往复循环
• 三个IO复用机制
  • select：每次事件发生之后，之前注册事件都会被修改，需要用FD_ISSET进行判断，然后重新注册。
  • poll：同select，使用轮询机制
  • epoll：epoll对文件描述符的操作有两种模式：LT（电平触发）和ET（边沿触发）。LT模式是默认的工作模式。当设置EPOLLET时，epoll会以ET模式来操作文件描述符，ET是高效工作模式。
    • ET：当epoll_wait检测到其上有事件发生并将此次的事件通知给应用程序后，应用程序必须立刻处理该事件，因为后续的epoll_wait不会再次向应用程序通知这一事件。降低了epoll事件被触发的次数，因此效率高于LT。
    • LT：epoll_wait检测到有事件发生并将此次的事件通知应用程序后，应用程序可以不立即处理该事件。这样，当应用程序下一次调用epoll_wait的时候，epoll_wait还会再次向应用通知该事件，直到该事件被处理。
    • EPOLLONESHOT：对于注册EPOLLONESHOT事件的文件描述符，操作系统最多触发其上注册的一个事件（可读，可写或者异常），并且只触发一次，除非我们使用epoll_ctl函数重置该文件描述符上注册的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;    //秒数
    long tv_usec;    //微秒数
}

#include<poll.h>
int poll(struct pollfd* fds, nfds_t nfds, int timeout);

struct pollfd
{
    int fd;
    short event;    //注册的事件
    short revent;    //实际发生的事件，内核填充，记得每次判断后归零
}

POLLIN：数据可读
POLLOUT：数据可写
POLLREHUP：TCP连接被对方关闭，或者对方关闭了写操作
POLLERR：错误
POLLHUP：挂起
POLLNVAL：文件描述符没有打开

#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参数的类型：
EPOLL_CTL_ADD：向事件注册表中注册fd事件
EPOLL_CTL_MOD：修改fd上注册的事件
EPOLL_CTL_DEL：删除fd上注册的事件

struct epoll_event
{
    _uint32_t events;
    epoll_data_t data;
};

union epoll_data
{
    void* ptr;
    int fd;    //指定事件所从属的描述符
    uint32_t u32;
    uint64_t u64;
} epoll_data_t;

• 服务器端处理信号的方式：

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, '', sizeof(sa));
    sa.sa_handleer = sig_handler;
    sa.sa_flags |= SA_RESTART;
    sigfillset(&sa.sa_mask);
    assrt(sigaction(sig, &sa, NULL) != -1);
}

• 与网络编程相关的信号：
  • SIGHUP：挂起进程的控制终端时，SIGHUP信号会被触发。
  • SIGPIPE：往一个关闭的管道或者Socket中写入数据。默认状态是结束进程。
  • SIGURG：带外数据到达。
  • SIGCHLD：子进程状态发生变化，使用wait进行处理
  • SIGTERM：终止进程。kill命令默认发送该信号。
  • SIGINT：键盘输入以中断进程。