listen()和accept()

1、listen()队列剖析

作用：监听端口，TCP连接中的服务器端角色

调用格式：int listen(int sockfd, int backlog);

第一个参数：创建的sockfd，

好好理解第二个参数：未决连接，监听套接字队列。最开始是：已完成和未完成之和最大值。现在是：制定给定套接字上内核为之排队的最大已完成连接数。

对于一个调用listen()函数进行监听的套接字，操作系统回个这个套接字维护两个队列。

a、未完成连接的队列（SYN_RCVD）：

当客户端发送TCP连接三次握手的第一次给服务器的时候，

服务器就会在未完成队列中创建一个跟这个syn包对应的一项。

可以看成是半连接，这个连接的状态从listen变成syn_rcvd状态，

同时返回给客户端返回第二次握手。

这个时候服务器在等待完成第三次握手

b、已完成连接的队列（ESTABLISHED）

当第三次握手完成了，这个连接就变成了ESTABLISHED状态。

每个已经完成三次握手的客户端都放在这个队列中作为一项。

  1.1 监听套接字的队列
        connect函数收到第二次握手包的时候返回。
        RTT是未完成队列中的任意一项在未完成队列中留存的时间。
               长短取决于客户端和服务器端的往返时间。第二次和第三次握手时间之和。
               对于客户端就是在connect调用到返回的耗费时间。前两次握手时间之和。
       三次握手的时间之和一般大致是187ms。这个时间很慢。
       所以建立TCP连接的成本很高。各个客户端并行的建立连接。
  1.2 accept()函数
        就是用来从已完成连接队列中的队首位置取出来一项【每一项都是一个已经完成三路连接的TCP连接】，返回给进程。
如果已完成连接队列是空的，阻塞的accept()会一直卡在这里等待。一直到已完成队列中有一项是才会被唤醒。非阻塞的例外。
       所以从编程角度，我们要尽快的用accept把已完成队列中的数据【TCP连接套接字】取走。这样已完成连接队列就不会满。
       所以服务器程序，必须严格区分两个套接字。
       一，监听套接字一直存在。
       二，当客户端连接进来，操作系统会为每个成功建立三次握手的客户端创建一个套接字。accept返回的就是这种套接字。
              也就是从已完成连接队列中取得的一项，服务器用这个套接字和客户端进行通信。
  1.3 syn攻击
        如果一个恶意客户迟迟不发送三次握手的第三个包。连接建立不起来，
        那么处于DYN_RCVD这一项就会一直停留在未完成队列中，
        停留时间大约是75秒，才会被操作系统干掉。
       syn flood：典型的利用TCP/IP协议涉及弱点进行攻击的行为。服务器拒绝服务（DOS/DDOS(分布式)）
，恶意用户通过伪造syn包的ip地址和端口号向服务器不断发送连接请求，而服务器返回的ACK包不会被真实的ip和端口进行回应，
造成未完成连接数增加知道达到了listen第二个设置的最大值，此时服务器开始忽略新进来了syn连接请求，同时拒绝为真实用户提供服务。

2、阻塞与非阻塞I/O

阻塞和非阻塞主要是指调用一个系统函数时，这个函数是否会导致进程进入sleep状态而言的。

阻塞I/O，调用函数卡在那里，等待事件发生，事件发生，函数返回。

accept()可以阻塞也可以不阻塞，根据listenfd决定

效率很低，一般不会用阻塞方式写服务器程序。

非阻塞I/O，调用函数吧listenfd设置成非阻塞的话，accept函数会立即返回，通过错误码判断accept返回的原因。不会卡主，充分利用时间片，执行效率更高。

鲜明特点，1）不断地调用accept，recvfrom函数来检查有没有数据到来，

函数会返回一个特殊的标识来告诉你，

EWULDBLOCK,EAGAIN,如果数据没到来，

有机会执行其他函数，但是也要不停的再次调用检查数据是否到来。

2）如果数据到来，

那么就得卡住把数据从内核缓冲区复制到用户缓冲区，

复制这个过程是卡住的。

3、同步与异步I/O

容易和阻塞非阻塞混淆：

异步I/O：调用函数立刻返回，之后不需要再次调用，指定接受缓冲区，

等服务端处理好了调用指定的回调函数。操作系统会判断是否到来，

如果数据到来了，操作系统会把数据拷贝到你所提供的缓冲区里，

然后调用你所制定的回调函数来通知你。整个过程中没有被卡住的地方。

同步I/O：select，poll，epoll。第一、先判断有没有数据，

有数据select返回，recvfrom取数据。当然取数据也会卡。

没数据继续卡。

要调用两个函数才能取到数据，但是做到了【I/O复用】

阻塞和非阻塞也归结为同步I/O；

3.1 I/O复用

所谓I/O复用，就是多个socket可以集合在一起，

可以用select这种同步I/O在这里等数据，多条TCP连接上任意一条有数据来，

哪条TCP有数据来，我们在用recvfrom去收。

所以这种调用一个函数可以判断一堆TCP连接是否来数据的能力，

叫做I/O多路复用。

3.2 思考题

1、如果已完成队列和未完成队列之后达到了listen函数的第二个参数。此时再有一个客户发送SYN连接，服务器怎么反应？

实际上服务器会忽略这个SYN包，过一会客户端会自动再次发送SYN包，因为服务器长时间没有回应。

2、三次握手完成了，连接被扔到已完成连接队列到调用accept函数把已完成连接队列取走的时间差过程中，客户端如果发送来数据，这个数据就会被保存在已经连接套接字的接收缓冲区里，这个接收缓冲区有多大，最大就能接收多少数据量。

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