什么是套接字？Socket基本介绍

一、什么是套接字？

套接字是一种通信机制（通信的两方的一种约定），socket屏蔽了各个协议的通信细节，提供了tcp/ip协议的抽象，对外提供了一套接口，同过这个接口就可以统一、方便的使用tcp/ip协议的功能。这使得程序员无需关注协议本身，直接使用socket提供的接口来进行互联的不同主机间的进程的通信。我们可以用套接字中的相关函数来完成通信过程。

发送方的发送数据的处理流程大致为：用户空间 -> 内核 -> 网卡 -> 网络

在用户态空间，调用发送数据接口 send/sento/wirte 等写数据包，在内核空间会根据不同的协议走不同的流程。以TCP为例，TCP是一种流协议，内核只是将数据包追加到套接字的发送队列中，真正发送数据的时刻，则是由TCP协议来控制的。TCP协议处理完成之后会交给IP协议继续处理，最后会调用网卡的发送函数，将数据包发送到网卡。

接收方的接收数据的处理流程大致为：网络 -> 网卡 -> 内核(epoll等) -> 进程(业务处理逻辑)

网卡会通过轮询或通知的方式接收数据，Linux做了优化，组合了通知和轮询的机制，简单来说，在CPU响应网卡中断时，不再仅仅是处理一个数据包就退出，而是使用轮询的方式继续尝试处理新数据包，直到没有新数据包到来，或者达到设置的一次中断最多处理的数据包个数。数据离开网卡驱动之后就进入到了协议栈，经过IP层、网络层协议的处理，就会触发IO读事件，比如epoll的reactor模型中，就会触发对应的读事件，然后回调对应的IO处理函数，数据之后会交给业务线程来处理，比如Netty的数据接收处理流程就是这样的。

二、套接字特性

套接字的特性有三个属性确定，它们是：域（domain），类型（type），和协议（protocol）。
域：指定套接字通信中使用的网络介质。最常见的套接字域是 AF_INET（IPv4）或者AF_INET6(IPV6)，它是指 Internet 网络。
类型：

• 流套接字（SOCK_STREAM）：
  流套接字用于提供面向连接、可靠的数据传输服务。该服务将保证数据能够实现无差错、无重复发送，并按顺序接收。流套接字之所以能够实现可靠的数据服务，原因在于其使用了传输控制协议，即TCP
• 数据报套接字（SOCK_DGRAM）：
  数据报套接字提供了一种无连接的服务。该服务并不能保证数据传输的可靠性，数据有可能在传输过程中丢失或出现数据重复，且无法保证顺序地接收到数据。数据报套接字使用UDP（User Datagram Protocol）协议进行数据的传输。
• 原始套接字（SOCK_RAW）：
  原始套接字与标准套接字（标准套接字指的是前面介绍的流套接字和数据报套接字）的区别在于：原始套接字可以读写内核没有处理的IP数据包，而流套接字只能读取TCP协议的数据，数据报套接字只能读取UDP协议的数据。因此，如果要访问其他协议发送数据必须使用原始套接字。

协议：IPPROTO_TCP，IPPROTO_UDP

三、套接字缓冲区

每个 socket 被创建后，都会分配两个缓冲区，输入缓冲区和输出缓冲区。write()/send() 并不立即向网络中传输数据，而是先将数据写入缓冲区中，再由TCP协议将数据从缓冲区发送到目标机器。一旦将数据写入到缓冲区，函数就可以成功返回，不管它们有没有到达目标机器，也不管它们何时被发送到网络，这些都是TCP协议负责的事情。read()/recv() 函数也是如此，也从输入缓冲区中读取数据，而不是直接从网络中读取。

用户程序缓冲区
用户进程通过系统调用访问系统资源的时候，需要切换到内核态，而这对应一些特殊的堆栈和内存环境，必须在系统调用前建立好。而在系统调用结束后，cpu会从核心模式切回到用户模式，而堆栈又必须恢复成用户进程的上下文。而这种切换就会有大量的耗时。
一些程序在读取文件时，会先申请一块内存数组，称为buffer，然后每次调用read，读取设定字节长度的数据，写入buffer（用较小的次数填满buffer）。之后的程序都是从buffer中获取数据，当buffer使用完后，在进行下一次调用，填充buffer。所以说：用户缓冲区的目的是为了减少系统调用次数，从而降低操作系统在用户态与核心态切换所耗费的时间。除了在进程中设计缓冲区，内核也有自己的缓冲区。
内核缓冲区
当一个用户进程要从磁盘读取数据时，内核一般不直接读磁盘，而是将内核缓冲区中的数据复制到进程缓冲区中。但若是内核缓冲区中没有数据，内核会把对数据块的请求，加入到请求队列，然后把进程挂起，为其它进程提供服务。等到数据已经读取到内核缓冲区时，把内核缓冲区中的数据读取到用户进程中，才会通知进程。
你可以认为，read是把数据从内核缓冲区复制到进程缓冲区。write是把进程缓冲区复制到内核缓冲区。当然，write并不一定导致内核的写动作，比如os可能会把内核缓冲区的数据积累到一定量后，再一次写入。这也就是为什么断电有时会导致数据丢失。所以说内核缓冲区，是为了在OS级别，提高磁盘IO效率，优化磁盘写操作。