收到網易的入職前作業，感覺都費勁（捂臉）。學習之餘做點筆記吧。
這部分主要涉及伺服器端的作業：用Python完成一個聊天視窗，以及若干附加的功能。

在看python文件時候注意到了兩個地址簇或者叫介面（因為直接影響了通訊協議）：AF_INET和AF_UNIX。查閱到資料Socket通訊中AF_INET 和 AF_UNIX域的區別，最關鍵的一點：AF_INET不僅可以用作本機的跨程序通訊，同樣的可以用於不同機器之間的通訊，其就是為了在不同機器之間進行網路互聯傳遞資料而生。而AF_UNIX則只能用於本機內程序之間的通訊。

SCTP協議與TCP和UDP協議同樣位於傳輸層，在客戶和伺服器之間提供關聯

，並保證可靠、排序、流量控制以及全雙工的資料傳輸。關聯指代兩個系統間的一次通訊，可能涉及不止兩個地址。
SCTP能在連線的端點之間提供多個流，每個流各自可靠按序遞送訊息。與TCP不同，一個流上某個訊息的丟失不會阻塞其他流的訊息投遞，而TCP需要等待該丟失的資料被修復，否則一直被阻塞。SCTP還支援單個端點擁有多個IP地址。在建立連線後，如果某個IP通路之間發生故障，協議就可以切換到該端點的另一個地址來規避故障。
SCTP在建立連線時，採用四路握手的方式進行。簡單來說，在客戶端第一次傳送連線建立請求後，伺服器會返回一個帶有cookie的應答。隨後客戶端再附帶上cookie傳送一次請求，在伺服器相應後，則成功建立連線。四路握手結束後，兩端各選擇一個主目的地址用作資料傳送到的目的地。
SCTP在斷開連線時沒有類似於TCP的TIME_WAIT狀態，因為SCTP使用了驗證標記cookie。因此，新/舊連線之間可以通過該標記來進行區分。

套接字地址結構

POSIX中對IPv4地址結構定義在<netinet/in.h>中，具體如下：

struct in_addr {
        in_addr_t s_addr   //通常是32位無符號整數，網路位元組序地址
}
struct sockaddr_in{
    uint8_t     sin_len;
    sa_family_t sin_family;     //8或16位無符號整數，表示地址結構的地址族，IPv4SHI AF_INET，IPv6是AF_INET6
 

    in_port_t   sin_port;       //一般為uint16_t，即16位無符號整數
    struct in_addr sin_addr;
    char   sin_zero[8];
}

POSIX規範實際**只需要這個結構中的3個欄位：s_addr、sin_family、sin_port。

其中有趣的一點，in_addr是一個結構體，即便它內部只有一個整數，這是有歷史原因的。早在地址被劃分成A、B、C三類的時期，in_addr被定義為多種結構的聯合，從而允許使用者訪問地址中的每4個位元組，便於或許所需的地址。後來CIDR的出現，這種劃分方式淡出了歷史舞臺，但這種結構保留了下來。

不同套接字的地址結構

圖中最右側的儲存是指作為IPv6套接字API一部分而定義的新的通用套接字。它克服了sockaddr的一些缺點，用以取代sockaddr，定義在<netinet/in.h>中。

IPv4地址中的長度欄位是隨著4.3BSD Reno版本增加的。要是長度欄位在最原始的套接字API中就提供了，那麼套接字函式就不在需要長度引數——例如bind、connect函式的第三個引數。結構的大小可以包含在結構的長度欄位中（有點類似於STL對string的處理方式）

值-結果引數

1.從程序到核心傳遞套接字地址結構的函式有3個：bind、connect和sendto。這些函式的一個引數是指向某個套接字地址結構的指標，另一個引數是該結構的整數大小
2.從核心到程序傳遞套接字地址結構的函式有4個：accept，recvfrom，getsockname和getpeername。這四個函式的其中兩個引數是指向某個套接字地址結構的指標和指向該結構大小的整數變數的指標。

把套接字地址結構大小這個引數從一個整數改為指向某個整數變數的指標，其原因在於：當函式被呼叫時，結構大小是一個值，它告訴核心該結構的大小，這樣核心在寫該結構時不至於越界；當函式返回時，結構大小又是一個結果，它告訴核心在該結構中究竟儲存了多少資訊。

如果套接字地址結構是固定長度的（前一張圖）如sockaddr_in，則從核心返回的值總是對應的固定長度。但對於sockaddr_un這類長度可變的套接字地址結構，返回值可能與傳入的值不同。

位元組排序和轉換函式

寫在前面：“大端”和“小端”的大致意思很多人都懂，但具體大端是高位在記憶體高地址還是低地址經常讓人混淆。《Unix網路程式設計》書中有一個解釋，我覺得比較清晰易理解：

“小端”和“大端”表示多個位元組值的哪一端（大或小）儲存在該值的起始地址。

值的大端小端，按照字面理解，顯然“大端”表示高位，“小端”表示低位。記憶體中的起始地址肯定是指記憶體中地址較低的位。

網路協議使用大端位元組序來傳送多位元組整數，如16位的埠號和32位的IPv4地址。位元組序轉換有以下4個函式：

uint16_t htons(uint16_t host16bitvalue);
uint32_t htonl(uint32_t host32bitvalue);
uint16_t ntohs(uint16_t net16bitvalue);
uint32_t ntohl(uint32_t net32bitvalue);

函式名中，h代表host，n代表network，s代表short，l代表long。這些命名是4.2BSD使其的產物。如今即使長整形佔64位，htonl和ntohl操作的仍是32位的值。

此外有幾個地址轉換函式，將地址在習慣的點分十進位制字串與32位網路位元組序二進位制數值（針對IPv4）之間轉換。
隨著IPv6出現又天劍了幾個新的函式，並具有對IPv4的相容性，因此推薦使用。具體如下：

#include <arpa/inet.h>
int inet_pton(int family, const char *strptr, void *addrptr);
const char* inet_ntop(int family, const void *addrptr, char *strptr, size_t len);

其中p和n分別代表表達（presentation）和數值（numeric）。兩個函式中family既可以是AF_INET也可以是AF_INET6。inet_pton()將字串式的地址轉換為二進位制結果儲存於*addrptr中，如果成功返回1，否則返回0。inet_ntop()進行相反的轉換，len幫助制定目標儲存空間的大小避免溢位。如果len太小，則**會返回一個空指標，並置errno為ENOSPC。

close()函式

close一個TCP套接字的預設行為是把該套接字標記為已關閉，然後立刻返回呼叫程序。該套接字描述符不能再由呼叫程序使用。也就是不能再在該套接字上呼叫read和write。（不過TCP協議仍將傳送已排隊等待發送到對端的資料），然後考慮關閉連線。這裡說考慮是因為，檔案或套接字是採用引用計數的方式進行管理。它是當前開啟著的引用該檔案或套接字的描述符的個數。例如，當伺服器接到一個請求時，可以採用如下處理方式：

for(; ; ){
    connfd = accept(listenfd, ...);
    if( (pid = fork() )== 0){
        close(listenfd);            //在子程序中關閉 監聽套接字
        do_something(connfd);
        close(connfd);              //可省略，因為exit()會關閉所有描述符
        exit(0);
    }
    close(connfd);                 //在父程序中關閉 已連線套接字
}    

這段程式碼在父程序和子程序中分別關閉了一個自己不需要的套接字描述符，但不會立刻引起TCP的私分組連線終止序列，這是因為該描述符還被其他程序佔用著，沒有減少到0。
如果我們確實想在某個TCP連線上傳送一個FIN，那麼可以使用shutdown()函式代替close。
另外還得注意，（在上述父子程序的模式中）父程序必須對每個由accept()返回的已連線套接字都呼叫close()，否則，父程序終將耗盡所有的可用描述符（因為每個程序可用的開啟著的描述符是有限的），更重要的是，這些客戶連線都不會被終止，因為父程序一直開啟著對應的已連線套接字。

POSIX 訊號處理

訊號有時也稱為軟中斷。訊號可以：

• 由一個程序發給另一個程序（或自身）
• 由核心發給某個程序

正常程式中，由父程序派生的子程序完成退出後，不會自動消失，而是向父程序傳送一個SIGCHLD訊號。該訊號的預設處理是被忽略，這時子程序會進入僵死狀態，從而導致系統資源無法回收被浪費。
我們可以提供訊號處理函式來處理捕獲到的訊號（除了SIGKILL和SIGSTOP），一般採用呼叫sigaction()或signal()函式來設定訊號處理函式。

POSIX上的訊號處理有以下特點：

• 一旦安裝了訊號處理函式，就一直安裝著（這裡我記得，僅限於程序內部，不同程序/重啟程序時恢復系統預設狀態）
• 在一個訊號處理函式執行期間，正被遞交的訊號（即:同一個型別的訊號）是阻塞的，而且，呼叫sigaction函式中的sa_mask引數制定的任何額外訊號也被阻塞（除非把sa_mask置為空，則只有被捕獲的訊號被阻塞）
• 如果一個訊號在被阻塞期間產生了一次或多次，那麼該訊號在被解除阻塞後只遞交一次。

另外，值得注意的是，在accept（慢系統呼叫——指可能永遠阻塞的系統呼叫）期間捕獲訊號並轉到訊號處理函式。該函式退出後，核心就會使accept返回一個EINTR錯誤（被中斷的系統呼叫），因此父程序需要處理這項錯誤。

wait和waitpid函式

pid_t wait(int *statlc);
pid_t waitpid(pid_t pid, int *statloc, int options);

這兩個函式均返回兩個值：已終止的子程序PID，和通過statloc指標（如果不為NULL）返回的程序終止狀態（整數）。我們可以呼叫特定的巨集來檢查終止狀態。

• WIFEXITED(status)這個巨集用來指出子程序是否為正常退出的
• WEXITSTATUS(status) 當WIFEXITED返回非零值時，我們可以用這個巨集來提取子程序的返回值

wait處理第一個已終止的子程序，如果沒有，但有至少一個子程序仍在執行，則阻塞等待到有一個子程序終止為止。
waitpid除了與wait相同的部分外，可以用PID指定子程序ID。PID有以下取值方式：

• pid>0時，只等待程序ID等於pid的子程序，不管其它已經有多少子程序執行結束退出了，只要指定的子程序還沒有結束，waitpid就會一直等下去。

• pid=-1時，等待任何一個子程序退出，沒有任何限制，此時waitpid和wait的作用一模一樣。

• pid=0時，等待同一個程序組中的任何子程序，如果子程序已經加入了別的程序組，waitpid不會對它做任何理睬。

• pid<-1時，等待一個指定程序組中的任何子程序，這個程序組的ID等於pid的絕對值。

另外，options提供了一些額外的選項來控制waitpid，目前在Linux中只支援WNOHANG和WUNTRACED兩個選項，這是兩個常數，可以用|運算子把它們連線起來使用。尤其是WNOHANG這個選項，可以避免wait方法因沒有完成的子程序而阻塞回收程序（一般是父程序呼叫）

返回值和錯誤
waitpid的返回值比wait稍微複雜一些，一共有3種情況：
1、當正常返回的時候，waitpid返回收集到的子程序的程序ID；
2、如果設定了選項WNOHANG，而呼叫中waitpid發現沒有已退出的子程序可收集，則返回0；
3、如果呼叫中出錯，則返回-1，這時errno會被設定成相應的值以指示錯誤所在；
PS 當pid所指示的子程序不存在，或此程序存在，但不是呼叫程序的子程序，waitpid就會出錯返回，這時errno被設定為ECHILD；

SIGPIPE訊號

在客戶端與伺服器建立連線後，如果伺服器單方面主動關閉連線（比如終止程序），這時伺服器會對客戶端傳送一個FIN，連線進入半關閉狀態（兩次握手）。這時客戶端仍可以向該連線的套接字中寫入資料（這時允許的）。當伺服器接收到來自客戶的資料時，如果伺服器開啟套接字的程序已經終止（不可能繼續接受資料了），於是相應一個RST訊號。要是客戶端不理會這個RST，繼續寫入資料時。也就是說當一個程序向某個已收到RST的套接字執行寫操作時，核心向該程序傳送一個SIGPIPE訊號，訊號預設行為是終止程序。另外，無論怎麼處理該訊號，寫操作都會返回一個EPIPE錯誤。

如何在第一次寫操作時而不是第二次寫操作時捕獲該訊號？這是不可能的。第一次寫操作引發RST，第二次寫引發SIGPIPE。寫一個已接受FIN的套接字不成問題，但寫一個接受了RST的套接字則是一個錯誤。