1. socket編程知識
1> server和client函數調用流程
server： socket、bind、listen、accept、send/recv
client：socket、connect、recv/send
2> listen函數第二個參數的作用
當客戶端發起連接，發送SYN到服務端後，服務端的socket就處於SYN_RCVD狀態，並將其放入未完成隊列，然後服務端發送SYN ACK到客戶端，客服端應答ACK到服務端，此時服務端的socket編程ESTABLISHED狀態，並將其放入已完成隊列。
調用accept之前，隊列的大小，就是listen函數的第二個參數，backlog的大小。
調用accept是從已完成隊列中取出一個，這樣，未完成隊列的就可以進入已完成隊列。
比如設置10，一次來了20個連接，會先處理10個，剩下的會拒絕， TCP是忽略這些請求，也就是不發送RST，這樣客戶端會重發SYN。
設置了syncookie選項，則第二個參數無效，是爲了防範SYN Flood攻擊，原理是：在TCP服務器收到SYN包並返回SYN+ACK包時，不分配一個專門的數據區，二是根據這個SYN包計算一個cookie值，在收到ACK包時，根據cookie值檢查這個ACK包的合法性，如果合法，再分配專門的數據區進行處理。
3> recv函數返回值是什麼含義
recv先等待發送緩衝區的數據被協議傳送完畢，如果傳送中出現網絡錯誤，則recv函數返回SOCKET_ERROR錯誤
如果接收緩衝區中沒有數據，或正在接受數據，recv會等待數據接收完畢，然後把接收緩衝區中的數據copy到buf中，recv僅僅是copy數據，真正的接收數據時協議完成的。
阻塞和非阻塞的recv返回值沒有區別，
> 0 是實際copy數據的大小
= 0 是連接正常關閉
< 0 是出錯，出錯時需要根據errno判斷需要做什麼處理
errno == EINTR 操作被信號中斷，認爲連接正常，可以jxu接收數據
errno == EWOULDBLOCK || EAGIN 阻塞或非阻塞socket，沒有數據或接收超時，也認爲連接正常，可以繼續接收
errno == 其他錯誤認爲連接不正常，可以關閉連接
4> 怎麼判斷字符接收完畢
一般是自定義一個結束符，比如\n，
或者由socket的接收和發送端約定好一種消息的結構，比如先發數據長度，再發實際數據
5> accept返回的socket和listen中socket的關係
在服務端創建的socket，用於listen和accept，這個socket不能用於和客戶端之間交互數據
accept接受客戶端的連接後，返回一個新的socket，這個socket用於和這次連接的客戶端之間進行通信，使用getsockname和getpeername可以獲取到這個新socket的本端地址和對端地址。
2. TCP相關問題
1> TCP的三次握手和四次揮手
2> 爲什麼是三次握手？
1. 防止已經過期的連接請求突然傳送到服務器，從而產生錯誤。客戶端發送連接請求SYN後，由於某個網絡節點擁塞導致很長時間後纔到達服務端，如果是兩次握手，服務端收到後，應答，就認爲建立連接了，但是在客戶端看來，這是一個已經失效的連接。
2. 如果服務端收到連接請求後，應答的消息丟失，客戶端會進行重傳，如果數據一直丟失，服務端就會產生很多無效連接，佔用資源。 syn flood攻擊
3> 爲什麼四次揮手？
確保數據能夠傳輸完成。當客戶端主動發起關閉連接時，服務端收到FIN，僅僅表示客戶端沒有數據要發送了，服務端應答ACK，之後還可以繼續發送數據，發送完之後，再發FIN，表示自己也沒有數據要發送了，服務端的ACK和FIN多數情況下是可以分開發送的
4> 關閉的發起端，最後爲什麼等待2MSL
MSL是報文最大生存時間。發起端第四次揮手發送ACK之後，就進入到TIME_WAIT狀態，必須等待2MSL，是因爲如果最後一個ACK，對方沒有收到，那麼對方在超時之後，會重發第三次揮手的FIN包，發起端收到重發的FIN包後，可以再發送一個ACK應答。
處於2MSL等待狀態TIME_WAIT時，任何遲到的報文都將被丟棄.
5> TCP的多連接，高併發
1. 單機支持最大TCP連接數
accept返回的socket用來標識一個TCP連接，
系統使用一個四元組來表示一個連接｛local ip, local port, remote ip, remote port｝
客戶端最大的TCP連接數由端口數決定，端口是unsigned short，最大65535
服務端監聽在一個固定端口，因此最大tcp連接數爲客戶端的ip數*端口數，大約爲2的32次方 * 2的16次方，也就是服務端最大支持2的48次方，但是實際上，linux系統限制連接數的因素主要是 內存和允許的文件描述符個數。
ulinit -n 輸出1024表示一個進程最多隻能打開1024個文件
臨時修改 ulimit -n 100000 重啓或用戶退出後失效
永久修改 /etc/rc.local 添加 ulimit -SHn 100000
全侷限制 cat /proc/sys/fs/file -nr 輸出9033 0 592026分別表示已經分配的文件句柄數、已分配但未使用的文件句柄數、最大文件句柄數
3. I/O多路複用select、poll、epoll機制
IO多路複用就是通過一種機制，可以監視多個描述符，一旦某個描述符可讀可寫，就能夠通知程序進行響應的操作。select、poll、epoll本質上都是同步I/O，因爲它們都需要在讀寫事件就緒後，自己負責讀寫。異步IO的實現會負責把數據從內核拷貝到用戶空間。
select實現
1. 將fd_set從用戶空間寶貝到內核空間，並註冊回調函數
2. 遍歷所有的fd，調用pollwait方法，主要工作是吧當前進程掛到設備的等待隊列中
3. poll方法會返回描述符讀寫操作是否就緒的掩碼mask，並給fd_set賦值，遍歷完所有的fd，還沒有可讀寫的，就調用timeout進入睡眠，如果超過一定時間，則重新喚醒
4. 將fd_set從內核空間拷貝到用戶空間
select的缺點：1. 每次都把fd_set拷貝到內核，2.需要遍歷所有的fd，3. 最大支持1024
poll的實現
本質上和select類似，但是沒有最大文件描述符數量的限制，另外兩個缺點和select一樣
epoll的實現
epoll_create
epoll_ctl 註冊新的時間到epoll句柄中時，會把fd拷貝到內核，而不是在epoll_wait的時候拷貝，保證了每個fd在整個過程中 只會拷貝一次，解決了select的第一個缺點。
epoll_wait，不同於輪訓，epoll會把發生的可讀寫事件通過callback回調機制通知到用戶程序，相當於事件驅動
epoll對文件描述符操作有兩種模式：LT水平模式和ET邊緣模式
LT模式：當epoll_wait檢測到事件發生時通知應用程序，可以不處理，下一次調用epoll_wait時，會再次通知到應用程序。
ET模式：當epoll_wait檢測到事件發生時，必須馬上處理，如果不處理，下一次調用epoll_wait時，將不再通知到應用。
ET模式很大程度上減少了epoll事件被重複觸發的次數。因此效率要比 LT高。
epoll的優點：
1. 沒有最大併發連接的限制，能打開的fd上限，遠遠超過1024
2. 效率高，不是輪詢的方式，而是隻有活躍的FD纔會調用callback
3. 利用mmap文件映射內存，加速用戶空間和內核空間的消息傳遞，減少複製開銷
4. TCP的6個標識位的作用
| 16位源端口號 | 16位目的端口號 | |||||||
| 32位序列號 | ||||||||
| 32位確認號 | ||||||||
|
4位部首 長度 |
保留 6位 |
URG | ACK | PSH | RST | SYN | FIN | 16位窗口大小 |
| 16位校驗和 | 16位緊急指針 | |||||||
| 選項 | ||||||||
| 數據 | ||||||||
源端口號：表示發送端端口號，16位
目的端口號： 表示接收端端口號，16位
序列號：表示發送數據的位置，32位，沒發送一次數據，就累加一次該數據字節數的大小。序號不會從0或1開始，而是建立連接時產生一個隨機數，通過SYN發給服務端，然後每次累加
確認序號：表示下一次應該收到的數據序列號，32位，這個序號之前的數據都已經正常接收
部首長度：長度4位，單位是4字節
控制位：
URG：緊急指針是否有效，爲1表示某一位要被優先處理
ACK：確認號是否有效，一般爲1
PSH：表示接收端應用程序立即從TCP緩衝區讀取數據
RST：對方要求重新建立連接，復位
SYN：請求建立連接，並在序列號字段設置初始值
FIN：希望斷開連接
窗口大小：接收緩衝區的大小
檢驗和：發送端填充CRC校驗，TCP校驗TCP首部加數據，UDP只校驗數據
緊急指針：只在URG爲1時有效，表示本報文段中緊急數據的指針
選項：用於提高TCP傳輸性能，最大長度40字節
5. TCP的重發機制
TCP使用兩套獨立的機制完成重傳，一是基於時間，二是基於確認信息
1. 基於時間：設置一個定時器判斷數據是否長時間沒有應答，超時則重傳
2. 基於確認信息：
1. 快速重傳：當接收端收到失序報文時，要立即生成確認信息ACK，發送端會連續收到多個重複的ACK，此時發送端就可以判斷出丟失的數據，然後馬上重傳
2. SACK選項：TCP雖然是有序的，但是基於IP層的傳輸是無序的，TCP的接收端可能收到的序列號是不連續的，使用SACK選項，保存接收方已經接收的序列號範圍，每個範圍被稱作一個SACK塊，起始和結束序列號都是32位，最大包含3個SACK塊。
TCP滑動窗口機制
窗口的大小是指無需等待確認，就可以繼續發送數據的最大值，比如窗口大小是400，每次發送100，則第2、3、4包，不需要等待應答，就可以連續發送
當收到第1包的ACK後，滑動窗口後移，繼續發第5包
系統開闢發送緩衝區來記錄哪些數據沒有應答，只有確認應答了的數據纔會從緩衝區中刪除
窗口越大，網絡吞吐率越高
6. TCP擁塞控制使用的算法和具體過程
擁塞的標誌：1. 重傳計時器超時 2 接收到三個重複確認（丟包）
基於丟包的擁塞控制分爲四個階段：慢啓動、擁塞避免、快重傳、快恢復
cwnd擁塞窗口、ssthresh慢開始門限、RTT往返時間
1. 慢開始：剛剛加入網絡的連接，一點一點的提速，不要一上來就把路佔滿
連接建立之後，先初始化cwnd=1，
每收到一個ACK，cwnd++; 線性增長
每當過了一個RTT，cwnd = cwnd*2; 指數增長
爲防止cwnd增長過大引起網絡擁塞，設置一個慢開始門限
當cwnd < ssthresh時，使用慢開始算法
當cwnd = ssthresh時，既可以使用慢開始，也可以使用擁塞避免算法
當cwnd > ssthresh時，使用擁塞避免算法
2. 擁塞避免：（擁塞窗口線性增長）並不能避免擁塞，而是使網絡比較不容易出現擁塞
沒收到一個ACK，cwnd = cwnd + 1/cwnd
每過一個RTT，cwnd = cwnd + 1
每經過一個RTT就把發送方的擁塞窗口加1
無論在慢開始，還是在擁塞避免階段，只要發送發判斷網絡出現擁塞（沒有搜到確認），就把慢開始門限設置爲出現擁塞時的發送窗口大小的一半，然後把擁塞窗口設置爲1，執行慢開始算法
3. 快重傳：要求接收方在收到一個失序報文段後就立即發出重複確認，而不是等自己要發數據時捎帶確認，（爲的是及早通知到發送方有數據丟失），快重傳算法規定：發送發只要一連收到三個重複確認，就應答立即重傳對方尚未收到的報文段，而不必等待設置的重傳計時器時間到。
4. 快恢復：至少收到了3個重複的ACK，表明網絡沒那麼糟糕，可以執行快恢復算法。
每收到一個重複的ACK，則cwnd = cwnd + 1；
收到非重複的ACK時，cwnd = ssthresh，轉擁塞避免算法
如果發生超時重傳，則ssthresh = cwnd/2; cwnd = 1進入慢啓動
7. SOCKET相關選項
1. SO_LINGGER選項用於控制close系統調用在關閉tcp連接時的行爲
l_onoff = 0, l_linger = 0 是默認情況，close將FIN送入發送緩衝區，並立即返回，發送緩衝區由系統接管，系統將數據發送完成後，釋放fd
l_onoff = 1, l_linger = 0 close會立即返回，發送緩衝區數據將丟棄，並給對端發送RST信號重置連接，close發送方直接進入close狀態，沒有time_wait狀態
l_onoff = 1, l_linger > 0 close的行爲取決於發送緩衝區是否有數據，和是否阻塞，如果是阻塞socket，close會等待linger的時間，直到發送緩衝區發送完畢，如果是非阻塞socket，close將立即返回，此時需要根據返回值和errno判斷結果
2. SO_RCVTIMEO設置socket接收（發送）超時，防止socket一直等待造成阻塞
3. SO_REUSEADDR選項，一般情況下，一個端口釋放後，等待2分鐘才能再次被使用， 這個選項讓端口釋放後立即就可以被再次使用。
8. recv recvfrom recvmsg
ssize_t recv(int sockfd, void * buf, size_t nbytes, int flags);
只能用在建立連接的socket上， 比如TCP使用recv，針對SOCK_STREAM套接字，接收的數據 可以比發送的少，MSG_WAITALL可以改變這種行爲，但這個標誌對包傳輸沒有影響
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
連接無連接都可以使用，可以獲取數據發送者的地址，通常用於udp，否則等同於recv
ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr * msg, int flag);
連接無連接都可以使用