轉載-socket總結

1. 涉及的一些背景知識

1.1. nonblock socket

描述

對應block，如果一個socket設置爲nonblock，那麼其相關的操作將變爲非阻塞的。這裏所說的非阻塞，並不是說異步回調什麼的，例如，調用recv()函數：

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

read = recv(sock, buf, len, 0);

如果是默認的block情形，這個函數將一直等待直到獲取到數據，或者報錯。在高併發中，這顯然是悲劇的。
如果設置爲noblock，同樣的調用將直接返回。
下邊詳細描述一下的recv的情形：

1. 連接失敗
   block：立即返回，返回值-1，同時設置errno := ENOTCONN
   nonblock: 同上
2. 緩衝區中有數據：
   block: 立即返回，將緩衝區的數據寫入buf，最多寫入len字節，返回值爲寫入的字節數
   nonblock: 同上
3. 緩衝區無數據：
   block：將阻塞等待緩衝區有數據
   nonblock：立即返回，返回值-1，同時設置errno := EAGAIN

類似的，對於send(), connect(), bind(), accept()，均有類似一樣的區別

設置

有如下方式設置nonblock

1. 新建 socket 時設置
   在傳入 socket type 時，同時置SOCK_NONBLOCK位爲1

   sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM | SOCK_NONBLOCK, 0);
   

2. 使用fcntl()設置

   int flag = fcntl(sock, F_GETFL);
   fcntl(sock, F_SETFL, flag | O_NONBLOCK); 
   

3. 使用even2設置

   #inlcude <event2/util.h>
   
   int evutil_make_socket_nonblocking(evutil_socket_t sock);
   

1.2. reuseable socket

描述

一個socket在系統中的表示如下

{<protocol>, <src addr>, <src port>, <dest addr>, <dest port>}

如果指定src addr爲0.0.0.0，將不再表示某一個具體的地址，而是表示本地的所有的可用地址。

reuse有三個級別:

1. non-reuse: src addr和src port不能衝突(同一個protocol下), 0.0.0.0和其他IP視爲衝突
2. reuse-addr: src addr和src port不能衝突(同一個protocol下), 0.0.0.0和其他IP視爲不衝突
3. reuse-port: src addr和src port可以衝突

下邊仍然舉例說明reuse的特性
系統有兩個網口，分別是192.168.0.101和10.0.0.101。

• 情形1：
  sock1綁定了192.168.0.101:8080，sock2嘗試綁定10.0.0.101:8080
non-reuse - 可以綁定成功，雖然端口一樣，但是addr不同
  reuse - 同上
• 情形2
  sock1綁定了0.0.0.0:8080, sock2嘗試綁定192.168.0.101:8080
non-reuse - 不能綁定成功，系統認爲0.0.0.0包含了所有的本地ip，發生衝突
  reuse - 可以綁定成功，系統認爲0.0.0.0和192.168.0.101不是一樣的地址
• 情形3
  sock1綁定了192.168.0.101:8080,sock2嘗試綁定0.0.0.0:8080
non-reuse - 不能綁定成功，系統認爲0.0.0.0包含了所有的本地ip，發生衝突
  reuse - 可以綁定成功，系統認爲0.0.0.0和192.168.0.101不是一樣的地址
• 情形4
  sock1綁定了0.0.0.0:8080,sock2嘗試綁定0.0.0.0:8080
non-reuse - 不能綁定成功，系統認爲0.0.0.0包含了所有的本地ip，發生衝突
  reuse-addr - 不能綁定成功，系統認爲0.0.0.0包含了所有的本地ip，發生衝突
  reuse-port - 可以綁定成功

設置reuse

1. 使用setsockopt()
   必須設置所有相關的sock。
   設置reuse-addr：

   setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &(int){1}, sizeof(int));
   

   設置reuse-port：

   setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_REUSEPORT, &(int){1}, sizeof(int));
   

2. 使用event2設置

   #inlcude <event2/util.h>
   
   int evutil_make_listen_socket_reuseable(evutil_socket_t sock);
   

2. 常用的系統API接口

新建一個socket

#include <sys/socket.h>

int socket(int domain, int type, int protocol);

domain 一般設置爲:

• AF_UNIX - 本地socket
• AF_INET - ipv4
• AF_INET6 - ipv6

type 一般設置爲:

• SOCK_STREAM - TCP
• SOCK_DGRAM - UDP

連接到遠程端口

#include <sys/socket.h>

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

對於不同協議，addr的類型不同，長度也不同，這裏需要把不同的類型強轉爲struct sockaddr *，在強轉中，addr的類型信息丟失，所以需要在addrlen中指定原有類型的長度。

綁定到本地端口

#include <sys/socket.h>

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

addr類似connect()，這個函數常用語服務器端，但是實際上客戶端也是可以使用的(然並卵一般沒啥意義)

讀寫數據

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);

讀寫數據涉及的問題較多，第一是失敗時候返回-1而不是0，如果是0表示socket關閉。第二就是讀寫不一定100%完成，計劃讀寫512字節，但是讀到256字節的時候發生了中斷或者沒有數據/空閒緩衝區都是是可能的，返回值表示實際讀入和寫出的字節數。

監聽數據

#include <sys/socket.h>

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
int listen(int sockfd, int backlog);
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

和主動發起連接不同，被動接收連接分爲三個階段，bind()用來設置本地端口，listen()表示socket開始接收到來的連接，而不會建立連接，要真正建立連接，使用accept()

關閉連接

#include <unistd.h>

int close(int fd);

關閉即可，沒啥說的

3. 常用的event2的接口

舊版libevent中，一般只能操作一個全局的event_base，而在新版libevent中，event_base交由用戶來管理，用戶可以創建刪除event_base，也可以把event註冊到不同的event_base上。

新建一個 event_base

#include <event2/event.h>

struct event_base *event_base_new(void);

釋放一個event_base

#include <event2/event.h>

void event_base_free(struct event_base *eb);

event的生命週期

event的生命週期與相關的函數關係密切

用戶自己創建的event是uninitialized的，需要使用event_assign()進行初始化，或者直接使用event_new()從無到有創建一個新的初始化了的event。在初始化時，完成了回調函數的綁定。
event的初始狀態是non-pending，表示這個event不會被觸發。

新建(並初始化)一個 event

struct event *event_new(struct event_base *base, evutil_socket_t fd, short events,
                        event_callback_fn callback, void *callback_arg);

新建event需要給定event_base, evutil_socket_t與系統相兼容，在linux下實際就是int，與socket()返回的類型一致

#ifdef WIN32
#define evutil_socket_t intptr_t
#else
#define evutil_socket_t int
#endif

events是一組flag，用於表示要監視的事件類型，還會影響event的一些行爲，包括：

• EV_TIMEOUT - 監視超時的事件
  需要說明的是，在調用event_new()時，這個flag是不用設置的，如果event發生超時，則必然會觸發，無論設置與否
• EV_READ - 監視可讀的事件
• EV_WRITE - 監視可寫的事件
• EV_SIGNAL - 監視信號量
• EV_PERSIST - 永久生效，否則觸發一次後就失效了
• EV_ET - 設置邊緣觸發(edge-triggered)
  callback和callback_arg是回調操作所需的，不再詳述
  新建的event是non-pending狀態的

初始化一個event

int event_assign(struct event *ev,
                 struct event_base *base, evutil_socket_t fd, short events, 
                 event_callback_fn callback, void *callback_arg);

這個不會申請內存，其他同event_new()

釋放一個event

void event_free(struct event *ev);

判斷event是否初始化/被釋放

int event_initialized(const struct event *ev);

將event置爲pending狀態

int event_add(struct event *ev, const struct timeval *timeout);

其中timeout可以指定超時時間，超時和EV_TIMEOUT配合使用。如果timeout如果爲NULL，則表示永不超時，struct timeval的結構爲：

struct timeval {
    time_t      tv_sec;     /* seconds */
    suseconds_t tv_usec;    /* microseconds */
};

額外說句，操作當前時間對應的timeval可以用

#include <sys/time.h>

int gettimeofday(struct timeval *tv, struct timezone *tz);
int settimeofday(const struct timeval *tv, const struct timezone *tz);

將event置爲non-pending狀態

int event_del(struct event *ev);

檢查event是否爲pending狀態

int event_pending(const struct event *ev, short events, struct timeval *tv);

需要注意的是，不需要查詢event是否爲active狀態，因爲在active時，線程正在執行回調函數，其他函數需要等到回調執行完畢，而此時已經退出了active狀態

將event置爲active狀態

void event_active(struct event *ev, int res, short/* deprecated */);

ev);

## 檢查event是否爲pending狀態

int event_pending(const struct event *ev, short events, struct timeval *tv);

需要注意的是，不需要查詢event是否爲active狀態，因爲在active時，線程正在執行回調函數，其他函數需要等到回調執行完畢，而此時已經退出了active狀態

## 將event置爲active狀態

void event_active(struct event ev, int res, short/ deprecated */);

`res`是要手動指派的flag

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