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发布日期：2024-11-01 19:33 点击次数：96
一、TCP长入建筑与系统调用基础
（一）TCP长入建筑经由轮廓
1. 三次持手
TCP长入建筑是基于三次持手机制。率先，客户端向就业器发送一个带有SYN（同步序列号）符号的数据包，苦求建筑长入。这个数据包中包含了客户端运转的序列号。
就业器收到客户端的SYN包后，会复兴一个SYN + ACK包。其中，SYN符号示意就业器也同步我方的序列号，ACK符号是对客户端SYN包的说明，说明号为客户端的序列号加1。
客户端收到就业器的SYN + ACK包后，再向就业器发送一个ACK包，说明号为就业器的序列号加1。至此，TCP长入建筑见效。
（二）系统调用在收罗编程中的作用
1. 什么是系统调用
系统调用是操作系统提供给哄骗智力的接口，它允许哄骗智力苦求操作系统内核的就业。在收罗编程中，系统调用用于罢了诸如创建套接字、绑定地址、监听端口、发起长入、发送和摄取数据等操作。
2. 收罗关系的主要系统调用
socket()
这是收罗编程的开头。它用于创建一个套接字，套接字是收罗通讯的端点。函数原型一般为`int socket(int domain, int type, int protocol);`。其中，`domain`指定地址族（如AF_INET示意IPv4），`type`指定套接字类型（如SOCK_STREAM示意TCP），`protocol`经常设为0，示意使用默许公约。
bind()
当创建套接字后，若是是就业器端，经常需要使用bind()系统调用将套接字与腹地地址和端口绑定。函数原型为`int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);`。这里`sockfd`是由socket()创建的套接字描绘符，`addr`是指向包含腹地地址和端口信息的结构体的指针，`addrlen`是该结构体的长度。
listen()
就业器端在绑定地址后，使用listen()系统调用使套接字处于监听景况，恭候客户端的长入苦求。函数原型为`int listen(int sockfd, int backlog);`，其中`sockfd`是套接字描绘符，`backlog`示意最大长入数，即恭候队伍的长度。
connect()
客户端使用connect()系统调用向就业器发起长入苦求。函数原型为`int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);`。这里`sockfd`是客户端套接字描绘符，`addr`是指向就业器地址和端口信息的结构体的指针，`addrlen`是该结构体的长度。
accept()
就业器端在收到客户端的长入苦求后，使用accept()系统调用接管长入。函数原型为`int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);`。它复返一个新的套接字描绘符，用于与客户端进行通讯，原本的`sockfd`不时监听其他长入苦求。
二、系统调用在TCP长入建筑中的具体罢了
（一）客户端长入建筑经由中的系统调用
1. 创建套接字
客户端率先调用socket()系统调用创建一个TCP套接字。举例：
```c
int client_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (client_sockfd == -1) {
perror("socket creation failed");
return -1;
}
```
这一步创建了一个IPv4的TCP套接字，若是创建失败，会打印空虚信息并复返。
2. 诞生就业器地址并发起长入
接着，客户端需要诞生就业器的地址结构体，并调用connect()系统调用发起长入。举例：
```c
struct sockaddr_in server_addr;
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP);
if (connect(client_sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {
perror("connect failed");
return -1;
}
```
这里`SERVER_PORT`和`SERVER_IP`是预界说的就业器端口和IP地址。客户端将就业器地址填充到`sockaddr_in`结构体中，然后通过connect()尝试长入到就业器。若是长入失败，会打印空虚信息并复返。
（二）就业器端长入建筑经由中的系统调用
1. 创建套接字与绑定地址
就业器端通常先调用socket()创建套接字，然后调用bind()绑定腹地地址和端口。举例：
```c
int server_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (server_sockfd == -1) {
perror("socket creation failed");
return -1;
}
struct sockaddr_in server_addr;
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
if (bind(server_sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {
perror("bind failed");
return -1;
}
```
这里`SERVER_PORT`是就业器监听的端口，`INADDR_ANY`示意就业器将监听腹地所有这个词可用IP地址。若是套接字创建或地址绑定失败，会打印空虚信息并复返。
2. 监听与接管长入
就业器端在绑定地址后，调用listen()系统调用脱手监听，并在收到长入苦求时调用accept()接管长入。举例：
```c
if (listen(server_sockfd, MAX_BACKLOG) == -1) {
perror("listen failed");
return -1;
}
int client_sockfd = accept(server_sockfd, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_addr_len);
if (client_sockfd == -1) {
perror("accept failed");
return -1;
}
```
这里`MAX_BACKLOG`是最大长入数，`client_sockfd`是接管长入后用于与客户端通讯的新套接字描绘符。若是监听或接管长入失败，会打印空虚信息并复返。
三、系统调用在TCP长入建筑经由中的空虚处理与优化
（一）常见空虚及处理门径
1. 地址绑定失败（bind()空虚）
可能原因：
端口已被其他程度占用。
权限不及，举例在非特权端口（小于1024）绑定但莫得实足权限。
处理门径：
查验端口是否被占用，若是是，遴荐其他未被占用的端口。
关于非特权端口绑定失败，推敲以贬责员权限运行智力或遴荐大于1024的端口。
2. 长入失败（connect()空虚）
可能原因：
就业器未启动或弗成达。
收罗故障。
处理门径：
查验就业器是否浮浅运行，尝试ping就业器IP地址查验收罗连通性。
排查收罗开导（如路由器、交换机）是否存在故障。
3. 监听失败（listen()空虚）
可能原因：
套接字创建空虚导致后续监听失败。
传入的参数（如`backlog`参数永诀理）。
处理门径：
查验套接字创建是否见效，重新创建套接字并查验参数是否正确诞生。
（二）性能优化推敲
1. 套接字选项诞生
通过`setsockopt()`系统调用不错诞生多样套接字选项来优化TCP长入性能。举例：
TCP_NODELAY：
禁用Nagle算法。Nagle算法在默许情况下会将一丝据包积聚后整个发送，以减少收罗中微一丝据包的数目，但在某些对及时性条款高的哄骗中，可能需要禁用它。诞生门径如下：
```c
int optval = 1;
setsockopt(sockfd, IPPROTO_TCP, TCP_NODELAY, &optval, sizeof(optval));
```
SO_RCVBUF和SO_SNDBUF：
调整摄取缓冲区和发送缓冲区大小。较大的缓冲区不错减少因缓冲区溢出导致的数据丢失，但也会加多内存占用。举例：
```c
int rcvbuf_size = 1024 * 1024; // 1MB
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &rcvbuf_size, sizeof(rcvbuf_size));
int sndbuf_size = 1024 * 1024;
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, &sndbuf_size, sizeof(sndbuf_size));
```
2. 非禁绝I/O和异步I/O
使用非禁绝I/O或异步I/O不错普及收罗智力的并发处理身手。
非禁绝I/O
通过`fcntl()`或`ioctl()`系统调用不错将套接字诞生为非禁绝气象。举例：
```c
int flags = fcntl(sockfd, F_GETFL, 0);
fcntl(sockfd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);
```
在非禁绝气象下，系统调用（如`connect()`、`accept()`、`recv()`、`send()`等）不会禁绝智力引申，而是立即复返并诞生相应的空虚码（如`EAGAIN`或`EWOULDBLOCK`），智力不错字据这些空虚码进行相应处理，如轮询操作。
异步I/O
使用`aio_*`系列系统调用（如`aio_read()`、`aio_write()`等）罢了异步I/O。这些系统调用允许智力提交I/O苦求后不时引申其他任务，当I/O操作完成时，和会过信号或回调函数示知智力。举例：
```c
struct aiocb aiocb;
memset(&aiocb, 0, sizeof(aiocb));
aiocb.aio_fildes = sockfd;
aiocb.aio_buf = buffer;
aiocb.aio_nbytes = buffer_size;
aio_read(&aiocb);
while (aio_error(&aiocb) == EINPROGRESS) {
// 不错在此处引申其他任务
}
int ret = aio_return(&aiocb);
if (ret > 0) {
// 数据读取见效
} else {
// 处理读取失败情况
}
```