doc 3

onlytiancai · onlytiancai · commit d1a30d5ca79b · 2014-07-20T00:31:50.000+08:00
diff --git a/c/study/doc_3_vim_socket.md b/c/study/doc_3_vim_socket.md
@@ -104,17 +104,308 @@ pathogen.vim, 如下
 
 ### TCP基础
 
-建立连接，关闭连接，滑动窗口
+TCP使用很广泛，先了解一下概念，TCP是面向连接的协议，所以有建立连接和关闭连接
+的过程。
 
-### linux基础
+建立连接过程需要三步握手，如下：
+
+1. A向B发送syn信令
+2. B向A回复ack，以及发送sync信令
+3. A向B回复ack
+
+其实网络上发送数据都有可能丢的，所以每个发送给对端的数据，要收到答复才能确认
+对方收到了。
+比如上面第二步A收到了B返回的ack才能确认连接已经建立成功，自己给B发送数据，B
+可以收到，同样第三步B收到A的ack才能确认连接建立成功，自己发个A的数据，A能收到。
+所以TCP连接建立不是两步握手，不是四步握手，而是三步握手。
 
-库函数，libc里，
-头文件位置
-size_t, ssize_t
-文件描述符, read, write
-系统调用
-errno
+连接建立成功后双方就可以互发psh信令来传输数据了，同样发出去的psh数据，也需要
+收到ack才能确认对方收到，否则就得等待超时后重发。
+
+拆除连接需要四步握手, 因为TCP是双工的，所以自己这边关闭连接，有可能对方还会
+给自己发数据，还得等对方说自己不会给自己发送数据了。
+
+1. A向B发送fin, 表示自己没有数据向B发送了。
+2. B向A回复ack
+3. B向A发送过fin, 表示自己没有数据向A发送了。
+4. A向B回复ack
+
+另外就是在任何时候都可能收到对方发来的rst信令，表示直接复位该连接，也别发数据了
+也别等着收数据了，赶紧把资源都回收了吧。
+
+TCP还有滑动窗口的流量控制机制，以及各种超时处理逻辑，有兴趣的话具体细节看
+《TCP/IP协议详解》了。
+
+linux下用tcpdump可以抓包学习TCP协议，比如在执行`curl -I www.baidu.com`时用
+tcpdump抓包如下。
+
+    # tcpdump -nn -t host www.baidu.com
+    tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decode
+    listening on eth0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 65535 bytes
+    IP 10.190.176.177.34840 > 180.97.33.71.80: Flags [S], seq 1772495094, win 14600, options [mss 1460,sackOK,TS val 214360452 ecr 0,nop,wscale 5], length 0
+    IP 180.97.33.71.80 > 10.190.176.177.34840: Flags [S.], seq 946873815, ack 1772495095, win 14600, options [mss 1440,sackOK,nop,nop,nop,nop,nop,nop,nop,nop,nop,nop,nop,wscale 7], length 0
+    IP 10.190.176.177.34840 > 180.97.33.71.80: Flags [.], ack 1, win 457, length 0
+    IP 10.190.176.177.34840 > 180.97.33.71.80: Flags [P.], seq 1:168, ack 1, win 457, length 167
+    IP 180.97.33.71.80 > 10.190.176.177.34840: Flags [.], ack 168, win 202, length 0
+    IP 180.97.33.71.80 > 10.190.176.177.34840: Flags [P.], seq 1:705, ack 168, win 202, length 704
+    IP 10.190.176.177.34840 > 180.97.33.71.80: Flags [.], ack 705, win 501, length 0
+    IP 10.190.176.177.34840 > 180.97.33.71.80: Flags [F.], seq 168, ack 705, win 501, length 0
+    IP 180.97.33.71.80 > 10.190.176.177.34840: Flags [.], ack 169, win 202, length 0
+    IP 180.97.33.71.80 > 10.190.176.177.34840: Flags [F.], seq 705, ack 169, win 202, length 0
+    IP 10.190.176.177.34840 > 180.97.33.71.80: Flags [.], ack 706, win 501, length 0
+
+可以看到本机的ip是10.190.176.177，baidu解析出来的ip是180.97.33.71，然后前三个
+包就是建立连接的三步握手，最后三个包是关闭连接的四步握手。中括号里的S表示sync,
+p表示psh，F表示fin，.好像表示ack。
+
+
+### Linux基础
+
+其实Linux下，C的库函数，以及linux API都在libc.so里面，没有分开
+的。玩C语言开发，肯定要对C库函数和常用的linux API有所熟悉的，可以先看
+如下两个链接快速了解一下，知道系统有哪些能力和轮子。
+
+Standard C 语言标准函数库速查
+http://ganquan.info/standard-c/
+Linux系统调用列表
+http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/kernel/syscall/part1/appendix.html
+
+再就是系统调用，Linux API, 系统命令，和内核函数不是一回事，虽然他们有关联。
+系统调用是通过软中断向内核提交请求，获取内核服务的接口，Linux Api则定义了一组
+函数如read,malloc等，封装了系统调用, 比如malloc函数会调用brk系统调用。
+然后有系统命令则更高一级，如ls，hostname,则直接提供了一个可执行程序, 关于他们
+的关系可以阅读下面这篇文章：
+
+http://wenku.baidu.com/view/9e33f3e94afe04a1b071de81.html
+
+C语言要想使用别人的东西，首先要包含别人提供的头文件，使用linux api和c库函数
+也一样，默认的这些头文件都在/usr/include里，自己安装的一些则一般约定放在
+/usr/local/include里。写代码的过程中如果遇到一些类型或函数不知道怎么使用，直接
+可以在这里面找到头文件看源码。
+
+Linux下还有好多数据类型是在学普通C语言是没见到过的，比如size_t,ssize_t,unit32_t
+啥的, 这些其实都在普通数据类型的别名，一般在/usr/include/asm/types.h里可以看到
+他们是怎么被typedef的，使用这些类型主要是为了提高可移植性，同时语义更加明确，
+比如size_t在32位机器上定义为uint，64位机器上定义为ulong，使用size_t编写的代码
+就可以在32位机器和64位机器上良好运行。 还有size_t的意义更明确，它不是用来表示
+普通的无符号数字概念你，而是表示sizeof返回的结果或者说是能访问的体系内存的长度。
+
+然后像uint32_t这种类型是为了编写出更明确的代码，像C语言的类型，int, long等在
+不同的机器上都有不同的长度，但uint32_t在啥机器上都是32位长的，有时候需求就是
+这样，就需要用这种数据类型了。
+
+还有就是Linux系统函数调用失败，大多数时候都会erron赋一个整数值，这个整数值可以
+表示不同的错误原因，可以在终端下运行man errno来查看详细，另外好多系统函数都可以
+用man来查看帮助的，有的里面还有使用示例的，是学习linux编程的很好的工具。
+
+
+还有一些系统函数设计的挺好，我总结了一些惯用法吧算是，自己设计函数也可以学习
+
+第一个是通过指针参数来获取数据，因为好多函数的返回值是int类型，表示函数调用
+是否成功，以及错误码，而这个函数本身的任务还要返回一些实质的信息，这时候就可以
+通过参数来填充数据，让调用者拿到，比如accept函数的使用
+(简化后的伪代码，不能执行):
+
+    struct sockaddr_in client;
+    if (accept(listenfd, &client) >= 0) {
+        printf("%s\n", client);
+    }
+
+这样我们调用一次函数，既能知道有没有调用成功，成功的话又能拿到客户端的描述符,
+以及对端的网络地址。
+
+第二个是C没有类和对象的概念，但也可以模拟出来类似的概念，比如网络编程，通过
+socket函数创建一个描述符，比如说是fd，其实这就相当于一个类的实例，一个对象了，
+然后调用read(fd),send(fd),close(fd)等函数来操作它，和面向对象里用fd.read(),
+fd.send(),fd.close()只是用法不同而已，所以写C是能用得到一些面向对象的思想的。
+
+第三个是在Linux里好多东西可以用描述符来表示，比如文件，硬件端口，网络连接等，
+然后可以针对描述符调用read,write等操作，这个是个很好的抽象，可以使用很简单的
+几个接口来实现很强大的功能，在写自己的C软件时也可以借鉴这个思路。就是先建立一个
+概念，然后写很多的函数来操作这个概念，而不是建立很多的概念，大家记不住的。
+
+第四个是，C其实没有太多的类型检查功能，表示复杂的数据都用struct表示，而不同的
+struct是可以强转的，所以可以用带标志的struct来表达类似面向对象多态的概念，如
+bind函数需要一个struct sockaddr的参数，但ipv4和ipv6的地址分别用
+struct sockaddr_in和struct sockaddr_in6表示，感觉就相当于struct sockaddr的两个
+子结构，这样bind函数就使用父结构struct sockaddr来同时支持ipv4和ipv6了。
+需要注意子结构和父结构的标志成员要放在最前面，这样子结构转成父结构时，父结构
+才能正确的读出标志，从而在具体使用时强转为合适的子结构。
+
+
+就这样了，Linux编程入门我知道的就这些，更多可看《Unix环境高级编程》
 
 ### socket基础
 
-socket, connect, gethostbyname, getaddrinfo, send, recv
+先学一些socket客户端编程来熟悉socket编程吧, 要连接到远程主机，首要要
+有个远程主机的地址，一个远程主机的地址包含对方的IP和端口，有时候我们
+只知道对方的域名，所以首先要解析出IP来，好多书上都是用gethostbyname来解析域名
+的，但它过时了，不支持ipv6，而且参数不支持ip格式的字符串，返回的地址必须拷贝
+后才能使用，否则同线程再调用一次该函数那地址就变了，总之是一个过时的函数了。
+
+现在比较国际范的函数是getaddrinfo，可以通过man查它的用法，
+
+    int getaddrinfo(const char *node, const char *service,
+                    const struct addrinfo *hints,
+                    struct addrinfo **res);
+
+该函数同时支持 ipv4和v6，然后host支持域名也支持ip格式的字符串，hints用来设置
+查询的一些条件，result用来获取查询到的结果，他是一个指向指针的指针类型。
+
+这相当也是一个惯用法了，一个参数用来指定调用需求，一个指针参数来获取返回数据。
+像select就是调用需求和返回数据都是一个参数来表示，像pool就是调用需求和返回
+用两个参数了，前一个是const，后一个是指针。具体使用示例如下：
+
+    struct addrinfo* get_addr(const char *host, const char *port){
+        struct addrinfo hints;     // 填充getaddrinfo参数
+        struct addrinfo *result;   // 存放getaddrinfo返回数据
+
+        memset(&hints, 0, sizeof(struct addrinfo));
+        hints.ai_family = AF_UNSPEC;
+        hints.ai_socktype = SOCK_STREAM;
+        hints.ai_flags = 0;
+        hints.ai_protocol = 0;
+
+        if(getaddrinfo(host, port, &hints, &result) != 0) {
+            printf("getaddrinfo error");
+            exit(1);
+        }
+        return result;
+    }
+
+对了，getaddrinfo返回的result指向的内存是系统分配的，用完了要调用
+freeaddrinfo去释放内存的。其实getaddrinfo的内部实现挺复杂的，调用了一堆ga开头
+的函数，而且struct addrinfo其实也蛮复杂的，里面有好多信息，但用好它是写出
+同时支持ipv4,ipv6网络程序的关键。
+
+创建socket, 要熟悉下family,socktype,protocol等概念和取值，查man吧
+
+    int create_socket(const struct addrinfo * result) {
+        int fd;
+
+        if ((fd = socket(result->ai_family, result->ai_socktype, result->ai_protocol)) == -1) {
+            printf("create socket error:%d\n", fd);
+            exit(-1);
+        }
+        printf("cerate socket ok: %d\n", fd);
+        return fd;
+    }
+
+连接目标主机, 这里其实就是要三步握手了，有几个常见的错误，可以通过检测errno来
+读取，如ETIMEDOUT表示建立连接超时，就是发出去sync没人打理，或ECONNREFUSED表示
+对方端口没开，发过去的sync直接被对方发了个rst回来，或EHOSTUNREACH表示对方机器
+没开或宕机了，因为ICMP包返回错误了。
+
+    int connect_host(int fd, const struct addrinfo* addr) {
+        if (connect(fd , addr->ai_addr, addr->ai_addrlen) == -1) {
+            printf("connect error.\n");
+            exit(-1);
+        }
+        printf("collect ok\n");
+        return 0;
+    }
+
+我们要做一个HTTP客户端，类似curl，要拼一个HTTP请求发送给远程主机，拼包用
+snprintf虽然弱了一点，但也是最容易理解的，先用着。
+
+    int get_send_data(char * buf, size_t buf_size, const char* host) {
+        const char *send_tpl;                        // 数据模板，%s是host占位符 
+        size_t to_send_size;                         // 要发送到数据大小 
+
+        send_tpl = "GET / HTTP/1.1\r\n"
+                   "Host: %s\r\n"
+                   "Accept: */*\r\n"
+                   "\r\n\r\n";
+
+        // 格式化后的长度必须小于buf的大小，因为snprintf会在最后填个'\0'
+        if (strlen(host) + strlen(send_tpl) - 2 >= buf_size) { // 2 = strlen("%s")
+            printf("host too long.\n");
+            exit(-1);
+        }
+
+        to_send_size = snprintf(buf, buf_size, send_tpl, host);
+        if (to_send_size < 0) {
+            printf("snprintf error:%s.\n", to_send_size);
+            exit(-2);
+        }
+
+        return to_send_size;
+    }
+
+    int send_data(int fd, const char *data, size_t size) {
+        size_t sent_size;
+        printf("will send:\n%s", data);
+        sent_size = write(fd, data, size);
+        if (sent_size < 0) {
+            printf("send data error.\n");
+            exit(-1);
+        }else if(sent_size != size){
+             printf("not all send.\n");
+             exit(-2);
+        }
+        printf("send data ok.\n");
+        return sent_size;
+    }
+
+完了收数据，我们只取HTTP应答第一行就好了，然后关闭连接。
+
+    int recv_data(int fd, char* buf, int size) {
+        int i;
+        int recv_size = read(fd, buf, size);
+        if (recv_size < 0) {
+            printf("recv data error:%d\n", (int)recv_size);
+            exit(-1);
+        }
+        if (recv_size == 0) {
+            printf("recv 0 size data.\n");
+            exit(-2);
+        }
+        // 只取HTTP first line
+        for (i = 0; i < size - 1; i++) {
+            if (buf[i] == '\r' && buf[i+1] == '\n') {
+                buf[i] = '\0';
+            }
+        }
+        printf("recv data:%s\n", buf);
+    }
+
+    int close_socket(int fd) {
+        if(close(fd) < 0){
+             printf("close socket errors\n");
+             exit(-1);
+        }
+        printf("close socket ok\n");
+    }
+
+最后用main函数把他们串起来
+
+    int main(int argc, const char *argv[])
+    {
+        const char* host = argv[1];                  // 目标主机
+        char send_buff[SEND_BUF_SIZE];               // 发送缓冲区
+        char recv_buf[RECV_BUFF_SIZE];               // 接收缓冲区
+        size_t to_send_size = 0;                     // 要发送数据大小 
+        int client_fd;                               // 客户端socket
+        struct addrinfo *addr;                       // 存放getaddrinfo返回数据
+
+        if (argc != 2) {
+            printf("Usage:%s [host]\n", argv[0]);
+            return 1;
+        }
+
+
+        addr = get_addr(host, "80");
+        client_fd = create_socket(addr);
+        connect_host(client_fd, addr);
+        freeaddrinfo(addr);
+
+        to_send_size = get_send_data(send_buff, SEND_BUF_SIZE, host);
+        send_data(client_fd, send_buff, to_send_size);
+
+        recv_data(client_fd, recv_buf, RECV_BUFF_SIZE);
+
+        close(client_fd);
+        return 0;
+    }
+
+
