套接字底層原理

TCP套接字

TPC的服務端要先監聽一個埠，一般是先呼叫bind函式，給這個Soket賦予一個IP地址和埠。

當服務端有了IP和埠號，就可以呼叫listen函式進行監聽。這時候客戶端就可以發起連線了。

在作業系統中，為每個Socket維護兩個佇列。一個是已經建立了連線的佇列，三次握手已完畢，處於established狀態。一個是還沒有完全建立連線的，沒有完成三次握手，處於syn_rcv的狀態。

在服務端等待的時候，客戶端可以通過connect函式發起連線。先在引數中指明要連線的IP地址和埠號，然後開始三次握手，作業系統會給客戶端分配一個臨時的埠。一旦握手成功，服務端的accept

連線建立成功之後，雙發開始通過read和write函式來讀寫資料，就像往一個檔案流裡面寫東西一樣。

UDP套接字

因為UDP通訊無需建立連線看，所以也不需要三次握手，也就不需要呼叫listen和connect函式函式，但是，UPD的互動仍然需要IP地址和埠號，因而需要bind。UDP是沒有維護連線狀態的，因而不需要對沒對連線建立一組Socket，而是隻要有一個Socket,就能夠和多個客戶端通訊。也正是因為沒有連線狀態，每次通訊的時候，呼叫sendto和recvfrom,都可以傳入IP地址和埠。

伺服器如何提高併發量

Web請求一般都是HTTP請求，而HTTP協議又是基於TCP的，所以，我們主要探索如何讓伺服器同時處理更多TCP連線請求。

1. 多程序

   當有新的請求進來，fork出一個子程序，讓子程序處理該請求，提高併發量

2. 多執行緒

   程序開銷太大，執行緒則輕量級的多，所以我們還可以通過在程序中建立新的執行緒來處理請求。

   上面基於程序或執行緒的模型還是有問題，因為每新進來一個 TCP 連線請求，就需要分配一個程序或執行緒，從而引發著名的 C10K 問題（一臺機器要維護 1 萬個連線，就要建立 1 萬個程序或者執行緒，作業系統是無法承受的。如果維持 1 億使用者線上需要 10 萬臺伺服器，成本也太高了），為此，又誕生了一種新的技術 —— 多路 IO 複用。

3. 多路IO複用

   所謂多路IO複用可以簡單理解為一個執行緒維護多個Socket（前面多程序多執行緒說的都是一個程序或執行緒維護一個Socket），這也有兩種實現方式：輪詢和事件通知。

   因為 Socket 在 Linux 系統中以檔案描述符形式存在，所以我們把一個執行緒維護的所有 Socket 叫做檔案描述符集合，所謂輪詢就是呼叫核心的 select 函式監聽檔案描述符集合是否有變化，一旦有變化，就會依次檢視每個檔案描述符，對那些發生變化的檔案描述符進行讀寫操作，然後再呼叫 select 函式監聽下一輪的變化。

   顯然，輪詢的效率有點低，因為每次檔案描述符集合有變化，都要將全部 Socket 輪詢一遍，這大大影響了系統能夠支撐的最大連線數。如果改成事件通知的方式，情況要好很多。所謂事件通知，就是某個檔案描述符發生變化，呼叫 epoll 函式主動通知。這種方式使得監聽的 Socket 資料增加的時候，效率不會大幅度降低，能夠同時監聽的 Socket 的數目也非常多。上限就為系統定義的、程序開啟的最大檔案描述符個數。

   因此，epoll 被稱為解決 C10K 問題的利器。