多線程 半雙工 可靠傳輸 set number 加密 判斷 節點 關閉

一：OSI 模型 Open System Interconnect開放系統互連參考模型，是由ISO（國際標準化組織）定義的，它是個靈活的、穩健的和可互操作的模型，OSI模型的目的是為了規範不同系統的互聯標準，使兩個不同的系統能夠較容易的通信，而不需要改變底層的硬件或軟件的邏輯，OSI模型分為七層，OSI把網絡按照層次分為七層，由下到上分別為物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層、應用層。

1.1：第七層：應用層的功能：
為應用軟件提供接口，使應用程序能夠使用網絡服務。常見的應用層協議：
http(80)、ftp(20/21)、smtp(25)、pop3(110)、telnet(23)、dns(53)等

1.2：第六層：表示層的功能：
數據的編碼和解碼、數據的加密和解密、數據和壓縮和解壓縮，常見的標準有JPEG/ASCII等
1.3：第五層：會話層的功能：
建立、管理和終止表示層實體之間的會話連接，在設各或節點之間提供會話控制，它在系統之間協調通信過程,並提供3種不同的方式來組織它們之間的通信:單工、半雙工和全雙工
1.4：第四層：傳輸層的功能：
負責建立端到端的連接，保證報文在端到端之間的傳輸。提供可靠TCP及不可靠UDP的傳輸機制,服務點編址、分段與重組、連接控制、流量控制、差錯控制。
1.5：第三層：網絡層的功能：
定義邏輯地址,邏輯尋址，將數據分組從源傳輸到目的,路徑選擇、路由發現、維護路由表，功能是隔離廣播域；隔離廣播,路由選擇；維護路由表,尋址及轉發,流量管理並連接廣域網
1.6：第二層：數據鏈路層的功能：
組幀、物理編址，將數據幀從鏈路上的一個節點傳遞到另一個節點，流量控制、差錯控制、接入控制
1.7：第一層：物理層的功能：
在介質上傳遞比特流，定義接口和媒體的物理特性，定義比特的表示、數據傳輸速率、信號的傳輸模式（單工、半雙工、全雙工），定義網絡物理拓撲（網狀、星型、環型、總線型等）

二：TCP 協議簡介：

TCP，全稱Transfer Control Protocol，中文名為傳輸控制協議，它工作在OSI的傳輸層，提供面向連接的可靠傳輸服務，TCP的工作主要是建立連接，然後從應用層程序中接收數據並進行傳輸。TCP采用虛電路連接方式進行工作，在發送數據前它需要在發送方和接收方建立一個連接，數據在發送出去後，發送方會等待接收方給出一個確認性的應答，否則發送方將認為此數據丟失，並重新發送此數據。

三：TCP三次握手：

在建立連接的時候，所謂的客戶端與服務端是相對應的，即要看是誰主動連接的誰，如果A主動連接B那麽A就是客戶端而B是服務端，如果返過來B主動連接A，那麽B就是客戶端而A就成了服務端。
3.1:連接過程：
第一次握手：客戶端發送SYN標誌位為1的請求到服務端，並隨機生成一個seq 序列號x，其中seq是隨機產生的數據包的序列號。
第二次握手：服務器收到客戶端請求並返回SYN=1，ACK=1，seq=y，ack=x+1，其中ACK=1表示是響應報文，seq=y是服務器隨機產生的數據包序列號，ack=x+1是確認客戶端序列號有效並返回給客戶端確認。
第三次握手：客戶端收到服務器的確認ack=x+1有效的驗證信息，即在自己發送的序列號基礎之上加了1表示服務器收到並返回，表示第二次連接有效，然後客戶端恢回復ACK=1，seq=x+1，ack=y+1，這是講服務器發來+1後的序列號當做自己的seq序列號，確認號ack使用服務器的隨機號y再加1即ack=y+1，這樣客戶端就完成了第三次的驗證在講數據包發給服務器，服務器收到後驗證確認號是在自己的seq之上加了1，表示沒有問題就開始傳輸數據。
註：
ACK :TCP協議規定，只有ACK=1時有效，也規定連接建立後所有發送的報文的ACK必須為1
Seq:序號,4字節，範圍為0^32—1^32,共4284967296，達到時重新開始計算
在第三次的時候SYN等於0，因為SYN(SYNchronization) 只i在連接建立時用來同步序號,當SYN=1而ACK=0時,表明這是一個連接請求報文,對方若同意建立連接,則應在響應報文中使SYN=1和ACK=1. 因此, SYN置1就表示這是一個連接請求或連接接受報文，鏈路建立成功之後就將標誌位置為0。
SYN(synchronous建立聯機) ACK(acknowledgement 確認)
PSH(push傳送) FIN(finish結束)
RST(reset重置) URG(urgent緊急)
Sequence number(順序號碼) Acknowledge number(確認號碼)

四：TCP的四次斷開：

TCP斷開要四次是因為TCP傳輸數全雙工的，即數據是在同一時間內兩條數據鏈路雙向互相傳輸的，因此每個方向都要單獨關閉一次，斷開需要客戶端到服務端斷開一次，而服務端到客戶端也需要斷開一次，這樣的斷開才是完整的斷開，
第一次斷開：客戶方發給服務器一個FIN為1的請求，FIN為1表示是一個斷開連接的請求，即表示數據傳輸完畢請求斷開，並發送seq序列號和Ack確認號。
第二次斷開：服務器收到客戶端請求並返回ACK標誌位為1，Ack為Seq+1等於201，並將對方的Ack作為自己的Seq序列號的確認數據包，biao 接收到請求同意斷開。
第三次斷開：服務器發送ACK=1，FIN=1，Seq等於客戶端第一次請求斷開的Ack確認號+1，即Seq等於501的斷開請求給客戶端。
第四次斷開：客戶端發送ACK=1，Ack在上一步Seq上+1等於502，並使用在第二次斷開中服務器發送的Ack確號201作為本次的序列號發給服務器表示同意斷開，服務器收到後驗證序列號是第二次的，驗證Ack是第三次+1的，確認沒有問題後同意斷開，然後將端口置為TIME_WAIT狀態，等待2 MSL時間後置為關閉狀態，被動方收到主動方的報文確認Ack確認號沒有問題後將端口置為CLOSED，至此端口關閉。
SYN(synchronous建立聯機) ACK(acknowledgement 確認)
PSH(push傳送) FIN(finish結束)
RST(reset重置) URG(urgent緊急)
Sequence number(順序號碼) Acknowledge number(確認號碼)
四次斷開的圖形示意如下：

五：TCP端口的十一種連接狀態：

TCP端口一共有十一種狀態，CLOSE_WAIT表示是程序y關閉連接，而TIME_WAIT只占用一個socket連接，到時間之後會釋放，因此大量的CLOSE_WAIT是比大量的TIME_WAIT影響更大，另外還有FIN_WAIT1和FIN_WAIT2，如果有FIN_WAIT2也表示服務有問題，以下是每個端口狀態的含義：
5.1：CLOSED：端口默認是關閉狀態。
5.2：LISTEN： 服務器程序開始監聽一個端口，就是LISTEN狀態。
5.3：SYN_RCVD：三次握手的第二次握手後的端口狀態，是收到了客戶端發送的SYN_SENT數據包之後的狀態，這個狀態很短暫，正常在服務器上是很少看到的，除非服務器故意不發送最後一次握手數據包，服務器返回給客戶端SYN確認之後就會將在自己的端口置為SYN_RCVD。
5.4：SYN_SENT：SYN_SENT狀態表示客戶端已發送SYN=1的請求連接報文，發送之後客戶端就會將自己的端口狀態置為SYN_SENT。
5.5：ESTABLISHED：表示已經連接成功，客戶端收到服務器的確認報文會回復服務器，然後就將端口置為ESTABLISHED，服務器第三次收到客戶端的Ack確認就會將端口置為ESTABLISHED並開始傳輸數據。
5.6：FIN_WAIT_1：出現在主動關閉方，FIN_WAIT_1狀態實際上是當SOCKET在ESTABLISHED狀態時，當任意一方想主動關閉連接，向對方發送了FIN=1的斷開連接請求報文，此時該SOCKET即 進入到FIN_WAIT_1狀態。而當對方回應ACK報文後，則進入到FIN_WAIT_2狀態，當然在實際的正常情況下，無論對方何種情況下，都應該馬 上回應ACK報文，所以FIN_WAIT_1狀態一般是比較難見到的，而FIN_WAIT_2狀態還有時常常可以用netstat看到。
5.7：FIN_WAIT_2：出現在主動關閉方，當被動方回應FIN_WAIT_1的ACK報文後，則進入到FIN_WAIT_2狀態
5.8：TIME_WAIT：出現在主動關閉方，表示收到了對方的FIN請求關閉報文，並發送出了ACK報文，就等2MSL後即可回到CLOSED可用狀態了。如果FIN_WAIT_1狀態下，收到了對方同時帶FIN標誌和ACK標誌的報文時，可以直接進入到TIME_WAIT狀態，而無須經過FIN_WAIT_2狀態。
5.9：CLOSING： 這種狀態比較特殊，實際情況中應該是很少見，屬於一種比較罕見的例外狀態。正常情況下，當你發送FIN報文後，按理來說是應該先收到（或同時收到）對方的 ACK報文，再收到對方的FIN報文。但是CLOSING狀態表示你發送FIN報文後，並沒有收到對方的ACK報文，反而卻也收到了對方的FIN報文。什 麽情況下會出現此種情況呢？其實細想一下，也不難得出結論：那就是如果雙方幾乎在同時close一個SOCKET的話，那麽就出現了雙方同時發送FIN報 文的情況，也即會出現CLOSING狀態，表示雙方都正在關閉SOCKET連接。
5.10：CLOSE_WAIT： 表示在等待關閉端口，這種狀態存在於被動關閉的一方。
5.11：LAST_ACK： 是被動關閉方在主動關閉一方在發送FIN報文後，最後等待對方的ACK報文，當再次收到ACK報文後，也即可以進入到CLOSED可用狀態了。
5.12：區分主動斷開和被動端口方的端口狀態：
主動端口方：SYN_SENT、FIN_WAIT1、FIN_WAIT2、CLOSING、TIME_WAIT 。
被動斷開方：LISTEN、SYN_RCVD、CLOSE_WAIT、LAST_ACK 。
都具有的：CLOSED 、ESTABLISHED 。

5.13：關於優化：
socket就是一個TCP連接，包括源地址、源端口、目標地址、目標端口和協議(TCP|UDP),0端口是保留不能使用的，因此服務器的最大端口使用數量為63353個，最大65536個端口是因為TCP報文頭部有個端口長度為2^16次方等於65536，查看當前打開的端口範圍# cat /proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range，單個IP地址能接受的最大並發為六萬多，1萬個TIME_WAIT大約使用1MB的內存CPU占用更小，因此資源使用很小可以忽略不計，但是會占用一個socket，可以通過在負載上配置多個公網IP地址以提高高並發的問題，
[[email protected] ~]# cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_tw_recycle
0 #用於快速回收處於TIME_WAIT狀態的socket以便重新分，在負載服務器不能打開，會導致通過nat上網的後續用戶無法打開網頁，因為後面的訪問用戶時間戳小於前面的用戶，會導致數據包被負載服務器丟棄，可以在內網使用，但是通常建議關閉。
[[email protected] ~]# cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_tw_reuse
0 #kernel會復用處於TIME_WAIT狀態的socket，即允許將TIME_WAIT狀態得socket用於直接新的TCP連接，負載服務器建議打開
[[email protected] ~]# cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_timestamps
1 #記錄數據包的時間戳，判斷是新的數據包還是舊的，如果是舊的就丟棄，配合上面兩個選項的時候一定要打開才生效。

六：Apache的工作模式：

Apache 2.X 支持插入式並行處理模塊，稱為多路處理模塊(Multi-Processing Modules,MPM)，在linux 系統，有3個不同類型的版本可供選擇，具體如下：
6.1：Prefork MPM: 預派生模式，有一個主控制進程，然後生成多個子進程，使用select模型，最大並發1024，每個子進程有一個獨立的線程響應用戶請求，相對比較占用內存，但是比較穩定，可以設置最大和最小進程數，是最古老的一種模式，也是最穩定的模式，適用於訪問量不是很大的場景。
優點：穩定
缺點：慢，占用資源，不適用於高並發場景

配置文件原內容：
#prefork MPM
#StartServers: number of server processes to start
#MinSpareServers: minimum number of server processes which are kept spare
#MaxSpareServers: maximum number of server processes which are kept spare
#MaxRequestWorkers: maximum number of server processes allowed to start
#MaxConnectionsPerChild: maximum number of connections a server process serves
#before terminating

<IfModule mpm_prefork_module>
StartServers 5 #定義apache服務在啟動時啟動的子進程數量
MinSpareServers 5 #定義最小空閑進程數，空閑進程就是沒有處理用戶請求的進程數
MaxSpareServers 10 #定義最大空閑進程數
MaxRequestWorkers 250 #定義在prefork模式下的最大並發連接數，表示了apache的最大並發處理能力，超過的連接請求將被排隊等候處理。
MaxConnectionsPerChild 0 #進程生命周期內，處理的最大請求數目。達到該數目後，進程將死掉。如果設置為0，表示沒有限制。該參數的意義在於，避免了可能存在的內存泄露帶來的系統問題。
</IfModule>

如果確定合適的MaxRequestWorkers呢？
首先，通過top命令查看apache進程占用的資源，主要看%CPU和%MEM這兩個指標，例如，每個進程的CPU占用率不超過1%，每個進程的內存占用率不超過2%，考慮內存限制，比較合適的apache進程數量為50個，然後，逐步測試最大值。通過觀測得來的CPU和內存的指標有一定的誤差，一般可以適當調節這個數值，例如調到1.5或者2倍，再通過峰值場景下的機器是否卡頓來判斷是繼續上調還是下調。
6.2：woker MPM：是一種多進程和多線程混合的模型，有一個控制進程，啟動多個子進程，每個子進程裏面包含固定的線程，使用線程程來處理請求，當線程不夠使用的時候會再啟動一個新的子進程，然後在進程裏面再啟動線程處理請求，由於其使用了線程處理請求，因此可以承受更高的並發。

優點：相比prefork 占用的內存較少，可以同時處理更多的請求
缺點：使用keep-alive的長連接方式，某個線程會一直被占據，即使沒有傳輸數據，也需要一直等待到超時才會被釋放。如果過多的線程，被這樣占據，也會導致在高並發場景下的無服務線程可用。（該問題在prefork模式下，同樣會發生）
配置文件原內容詳解：
#worker MPM
#StartServers: initial number of server processes to start
#MinSpareThreads: minimum number of worker threads which are kept spare
#MaxSpareThreads: maximum number of worker threads which are kept spare
#ThreadsPerChild: constant number of worker threads in each server process
#MaxRequestWorkers: maximum number of worker threads
#MaxConnectionsPerChild: maximum number of connections a server process serves
#before terminating

<IfModule mpm_worker_module>
StartServers 3 # #定義apache服務在啟動時啟動的子進程數量，默認是3個
MinSpareThreads 75 # 整個控制進程保持最小數的空閑線程數
MaxSpareThreads 250 # 整個控制進程保持最大數的空閑線程數
#ThreadLimit 64 # 每個子進程可以啟動的線程數量上限值，默認沒有設置
ThreadsPerChild 25 # 每個子進程啟動的線程默認數量，開啟啟動兩個子進程每個子進程25個 線程，就是apache 啟動後開啟25個線程。
MaxRequestWorkers 400 # 所有子進程加起來的線程數量最大值，數量等於最大啟動的進程數*ThreadsPerChild(每個進程的線程數)
MaxConnectionsPerChild 0 # 每個子進程被請求多少次服務後被kill掉重新生成一個新的子進程，為了解決內存回收方面的問題，0為不設置
</IfModule>
6.3：event MPM：Apache中最新的模式，屬於事件驅動模型(epoll)，每個進程響應多個請求，在現在版本裏的已經是穩定可用的模式。它和worker模式很像，最大的區別在於，它解決了keep-alive場景下，長期被占用的線程的資源浪費問題（某些線程因為被keep-alive，空掛在哪裏等待，中間幾乎沒有請求過來，甚至等到超時）。event MPM中，會有一個專門的線程來管理這些keep-alive類型的線程，當有真實請求過來的時候，將請求傳遞給服務線程，執行完畢後，又允許它釋放。這樣增強了高並發場景下的請求處理能力。
event只在有數據發送的時候才開始建立連接，連接請求才會觸發工作線程，即使用了TCP的一個選項，叫做延遲接受連接TCP_DEFER_ACCEPT，加了這個選項後，若客戶端只進行TCP連接，不發送請求，則不會觸發Accept操作，也就不會觸發工作線程去幹活，進行了簡單的防***（TCP連接）,可以使用Telnet進行測試驗證：
主機192.168.10.130為客戶端機器，192.168.10.131為apache服務器機器使用event模式：
在192.168.10.130上telnet 192.168.10.131 80，然後在192.168.10.130客戶端機器上使用netstat查看，發現連接已經建立，處於ESTABLISHED狀態，然後再到apache服務器192.168.10.131使用netstat查看，發現是處於SYN_RECV狀態。

優點：單線程響應多請求，占據更少的內存，高並發下表現更優秀，會有一個專門的線程來管理keep-alive類型的線程，當有真實請求過來的時候，將請求傳遞給服務線程，執行完畢後，又允許它釋放
缺點：沒有線程安全控制
配置文件內容：
#event MPM
#StartServers: initial number of server processes to start
#MinSpareThreads: minimum number of worker threads which are kept spare
#MaxSpareThreads: maximum number of worker threads which are kept spare
#ThreadsPerChild: constant number of worker threads in each server process
#MaxRequestWorkers: maximum number of worker threads
#MaxConnectionsPerChild: maximum number of connections a server process serves
#before terminating
<IfModule mpm_event_module>
StartServers 3 #apache服務啟動的子進程數，默認3個
MinSpareThreads 75 #控制進程保持最小的空閑線程數
MaxSpareThreads 250 #控制進程保持的最大空閑線程數
ThreadsPerChild 25 #每個子進程啟動的線程數
MaxRequestWorkers 400 #並發最大請求數，也就是所有子進程加起來的線程數量，woker模式下的400就是並發400，但是由於是異步處理請求的，因此這裏的400比woker模型下的並發處理速度要快很多，因為event省略了工作線程的會話保持。
MaxConnectionsPerChild 0 #每個子進程請求多少次以後被kill掉重新生成一個新的子進程。
</IfModule>

TCP三次握手、四次斷開與十一種狀態