1. socket编程知识
1> server和client函数调用流程
server： socket、bind、listen、accept、send/recv
client：socket、connect、recv/send
2> listen函数第二个参数的作用
当客户端发起连接，发送SYN到服务端后，服务端的socket就处于SYN_RCVD状态，并将其放入未完成队列，然后服务端发送SYN ACK到客户端，客服端应答ACK到服务端，此时服务端的socket编程ESTABLISHED状态，并将其放入已完成队列。
调用accept之前，队列的大小，就是listen函数的第二个参数，backlog的大小。
调用accept是从已完成队列中取出一个，这样，未完成队列的就可以进入已完成队列。
比如设置10，一次来了20个连接，会先处理10个，剩下的会拒绝， TCP是忽略这些请求，也就是不发送RST，这样客户端会重发SYN。
设置了syncookie选项，则第二个参数无效，是为了防范SYN Flood攻击，原理是：在TCP服务器收到SYN包并返回SYN+ACK包时，不分配一个专门的数据区，二是根据这个SYN包计算一个cookie值，在收到ACK包时，根据cookie值检查这个ACK包的合法性，如果合法，再分配专门的数据区进行处理。
3> recv函数返回值是什么含义
recv先等待发送缓冲区的数据被协议传送完毕，如果传送中出现网络错误，则recv函数返回SOCKET_ERROR错误
如果接收缓冲区中没有数据，或正在接受数据，recv会等待数据接收完毕，然后把接收缓冲区中的数据copy到buf中，recv仅仅是copy数据，真正的接收数据时协议完成的。
阻塞和非阻塞的recv返回值没有区别，
> 0 是实际copy数据的大小
= 0 是连接正常关闭
< 0 是出错，出错时需要根据errno判断需要做什么处理
errno == EINTR 操作被信号中断，认为连接正常，可以jxu接收数据
errno == EWOULDBLOCK || EAGIN 阻塞或非阻塞socket，没有数据或接收超时，也认为连接正常，可以继续接收
errno == 其他错误认为连接不正常，可以关闭连接
4> 怎么判断字符接收完毕
一般是自定义一个结束符，比如\n，
或者由socket的接收和发送端约定好一种消息的结构，比如先发数据长度，再发实际数据
5> accept返回的socket和listen中socket的关系
在服务端创建的socket，用于listen和accept，这个socket不能用于和客户端之间交互数据
accept接受客户端的连接后，返回一个新的socket，这个socket用于和这次连接的客户端之间进行通信，使用getsockname和getpeername可以获取到这个新socket的本端地址和对端地址。
2. TCP相关问题
1> TCP的三次握手和四次挥手
2> 为什么是三次握手？
1. 防止已经过期的连接请求突然传送到服务器，从而产生错误。客户端发送连接请求SYN后，由于某个网络节点拥塞导致很长时间后才到达服务端，如果是两次握手，服务端收到后，应答，就认为建立连接了，但是在客户端看来，这是一个已经失效的连接。
2. 如果服务端收到连接请求后，应答的消息丢失，客户端会进行重传，如果数据一直丢失，服务端就会产生很多无效连接，占用资源。 syn flood攻击
3> 为什么四次挥手？
确保数据能够传输完成。当客户端主动发起关闭连接时，服务端收到FIN，仅仅表示客户端没有数据要发送了，服务端应答ACK，之后还可以继续发送数据，发送完之后，再发FIN，表示自己也没有数据要发送了，服务端的ACK和FIN多数情况下是可以分开发送的
4> 关闭的发起端，最后为什么等待2MSL
MSL是报文最大生存时间。发起端第四次挥手发送ACK之后，就进入到TIME_WAIT状态，必须等待2MSL，是因为如果最后一个ACK，对方没有收到，那么对方在超时之后，会重发第三次挥手的FIN包，发起端收到重发的FIN包后，可以再发送一个ACK应答。
处于2MSL等待状态TIME_WAIT时，任何迟到的报文都将被丢弃.
5> TCP的多连接，高并发
1. 单机支持最大TCP连接数
accept返回的socket用来标识一个TCP连接，
系统使用一个四元组来表示一个连接｛local ip, local port, remote ip, remote port｝
客户端最大的TCP连接数由端口数决定，端口是unsigned short，最大65535
服务端监听在一个固定端口，因此最大tcp连接数为客户端的ip数*端口数，大约为2的32次方 * 2的16次方，也就是服务端最大支持2的48次方，但是实际上，linux系统限制连接数的因素主要是 内存和允许的文件描述符个数。
ulinit -n 输出1024表示一个进程最多只能打开1024个文件
临时修改 ulimit -n 100000 重启或用户退出后失效
永久修改 /etc/rc.local 添加 ulimit -SHn 100000
全局限制 cat /proc/sys/fs/file -nr 输出9033 0 592026分别表示已经分配的文件句柄数、已分配但未使用的文件句柄数、最大文件句柄数
3. I/O多路复用select、poll、epoll机制
IO多路复用就是通过一种机制，可以监视多个描述符，一旦某个描述符可读可写，就能够通知程序进行响应的操作。select、poll、epoll本质上都是同步I/O，因为它们都需要在读写事件就绪后，自己负责读写。异步IO的实现会负责把数据从内核拷贝到用户空间。
select实现
1. 将fd_set从用户空间宝贝到内核空间，并注册回调函数
2. 遍历所有的fd，调用pollwait方法，主要工作是吧当前进程挂到设备的等待队列中
3. poll方法会返回描述符读写操作是否就绪的掩码mask，并给fd_set赋值，遍历完所有的fd，还没有可读写的，就调用timeout进入睡眠，如果超过一定时间，则重新唤醒
4. 将fd_set从内核空间拷贝到用户空间
select的缺点：1. 每次都把fd_set拷贝到内核，2.需要遍历所有的fd，3. 最大支持1024
poll的实现
本质上和select类似，但是没有最大文件描述符数量的限制，另外两个缺点和select一样
epoll的实现
epoll_create
epoll_ctl 注册新的时间到epoll句柄中时，会把fd拷贝到内核，而不是在epoll_wait的时候拷贝，保证了每个fd在整个过程中 只会拷贝一次，解决了select的第一个缺点。
epoll_wait，不同于轮训，epoll会把发生的可读写事件通过callback回调机制通知到用户程序，相当于事件驱动
epoll对文件描述符操作有两种模式：LT水平模式和ET边缘模式
LT模式：当epoll_wait检测到事件发生时通知应用程序，可以不处理，下一次调用epoll_wait时，会再次通知到应用程序。
ET模式：当epoll_wait检测到事件发生时，必须马上处理，如果不处理，下一次调用epoll_wait时，将不再通知到应用。
ET模式很大程度上减少了epoll事件被重复触发的次数。因此效率要比 LT高。
epoll的优点：
1. 没有最大并发连接的限制，能打开的fd上限，远远超过1024
2. 效率高，不是轮询的方式，而是只有活跃的FD才会调用callback
3. 利用mmap文件映射内存，加速用户空间和内核空间的消息传递，减少复制开销
4. TCP的6个标识位的作用
| 16位源端口号 | 16位目的端口号 | |||||||
| 32位序列号 | ||||||||
| 32位确认号 | ||||||||
|
4位部首 长度 |
保留 6位 |
URG | ACK | PSH | RST | SYN | FIN | 16位窗口大小 |
| 16位校验和 | 16位紧急指针 | |||||||
| 选项 | ||||||||
| 数据 | ||||||||
源端口号：表示发送端端口号，16位
目的端口号： 表示接收端端口号，16位
序列号：表示发送数据的位置，32位，没发送一次数据，就累加一次该数据字节数的大小。序号不会从0或1开始，而是建立连接时产生一个随机数，通过SYN发给服务端，然后每次累加
确认序号：表示下一次应该收到的数据序列号，32位，这个序号之前的数据都已经正常接收
部首长度：长度4位，单位是4字节
控制位：
URG：紧急指针是否有效，为1表示某一位要被优先处理
ACK：确认号是否有效，一般为1
PSH：表示接收端应用程序立即从TCP缓冲区读取数据
RST：对方要求重新建立连接，复位
SYN：请求建立连接，并在序列号字段设置初始值
FIN：希望断开连接
窗口大小：接收缓冲区的大小
检验和：发送端填充CRC校验，TCP校验TCP首部加数据，UDP只校验数据
紧急指针：只在URG为1时有效，表示本报文段中紧急数据的指针
选项：用于提高TCP传输性能，最大长度40字节
5. TCP的重发机制
TCP使用两套独立的机制完成重传，一是基于时间，二是基于确认信息
1. 基于时间：设置一个定时器判断数据是否长时间没有应答，超时则重传
2. 基于确认信息：
1. 快速重传：当接收端收到失序报文时，要立即生成确认信息ACK，发送端会连续收到多个重复的ACK，此时发送端就可以判断出丢失的数据，然后马上重传
2. SACK选项：TCP虽然是有序的，但是基于IP层的传输是无序的，TCP的接收端可能收到的序列号是不连续的，使用SACK选项，保存接收方已经接收的序列号范围，每个范围被称作一个SACK块，起始和结束序列号都是32位，最大包含3个SACK块。
TCP滑动窗口机制
窗口的大小是指无需等待确认，就可以继续发送数据的最大值，比如窗口大小是400，每次发送100，则第2、3、4包，不需要等待应答，就可以连续发送
当收到第1包的ACK后，滑动窗口后移，继续发第5包
系统开辟发送缓冲区来记录哪些数据没有应答，只有确认应答了的数据才会从缓冲区中删除
窗口越大，网络吞吐率越高
6. TCP拥塞控制使用的算法和具体过程
拥塞的标志：1. 重传计时器超时 2 接收到三个重复确认（丢包）
基于丢包的拥塞控制分为四个阶段：慢启动、拥塞避免、快重传、快恢复
cwnd拥塞窗口、ssthresh慢开始门限、RTT往返时间
1. 慢开始：刚刚加入网络的连接，一点一点的提速，不要一上来就把路占满
连接建立之后，先初始化cwnd=1，
每收到一个ACK，cwnd++; 线性增长
每当过了一个RTT，cwnd = cwnd*2; 指数增长
为防止cwnd增长过大引起网络拥塞，设置一个慢开始门限
当cwnd < ssthresh时，使用慢开始算法
当cwnd = ssthresh时，既可以使用慢开始，也可以使用拥塞避免算法
当cwnd > ssthresh时，使用拥塞避免算法
2. 拥塞避免：（拥塞窗口线性增长）并不能避免拥塞，而是使网络比较不容易出现拥塞
没收到一个ACK，cwnd = cwnd + 1/cwnd
每过一个RTT，cwnd = cwnd + 1
每经过一个RTT就把发送方的拥塞窗口加1
无论在慢开始，还是在拥塞避免阶段，只要发送发判断网络出现拥塞（没有搜到确认），就把慢开始门限设置为出现拥塞时的发送窗口大小的一半，然后把拥塞窗口设置为1，执行慢开始算法
3. 快重传：要求接收方在收到一个失序报文段后就立即发出重复确认，而不是等自己要发数据时捎带确认，（为的是及早通知到发送方有数据丢失），快重传算法规定：发送发只要一连收到三个重复确认，就应答立即重传对方尚未收到的报文段，而不必等待设置的重传计时器时间到。
4. 快恢复：至少收到了3个重复的ACK，表明网络没那么糟糕，可以执行快恢复算法。
每收到一个重复的ACK，则cwnd = cwnd + 1；
收到非重复的ACK时，cwnd = ssthresh，转拥塞避免算法
如果发生超时重传，则ssthresh = cwnd/2; cwnd = 1进入慢启动
7. SOCKET相关选项
1. SO_LINGGER选项用于控制close系统调用在关闭tcp连接时的行为
l_onoff = 0, l_linger = 0 是默认情况，close将FIN送入发送缓冲区，并立即返回，发送缓冲区由系统接管，系统将数据发送完成后，释放fd
l_onoff = 1, l_linger = 0 close会立即返回，发送缓冲区数据将丢弃，并给对端发送RST信号重置连接，close发送方直接进入close状态，没有time_wait状态
l_onoff = 1, l_linger > 0 close的行为取决于发送缓冲区是否有数据，和是否阻塞，如果是阻塞socket，close会等待linger的时间，直到发送缓冲区发送完毕，如果是非阻塞socket，close将立即返回，此时需要根据返回值和errno判断结果
2. SO_RCVTIMEO设置socket接收（发送）超时，防止socket一直等待造成阻塞
3. SO_REUSEADDR选项，一般情况下，一个端口释放后，等待2分钟才能再次被使用， 这个选项让端口释放后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);
只能用在建立连接的socket上， 比如TCP使用recv，针对SOCK_STREAM套接字，接收的数据 可以比发送的少，MSG_WAITALL可以改变这种行为，但这个标志对包传输没有影响
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
连接无连接都可以使用，可以获取数据发送者的地址，通常用于udp，否则等同于recv
ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr * msg, int flag);
连接无连接都可以使用