当前位置:网站首页>什么是套接字?Socket基本介绍

什么是套接字?Socket基本介绍

2022-07-05 06:16:00 Ostrich5yw

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。
在这里插入图片描述
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)。
: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。
在这里插入图片描述
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。

原网站

版权声明
本文为[Ostrich5yw]所创,转载请带上原文链接,感谢
https://blog.csdn.net/qq_42606136/article/details/115863353