IPC之套接字

Posted 2022-02-21 liming-linux-python

IPC（Inter-Process Communication，进程间通信）实现方式

　　1）管道：

　　　　- 管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系的进程之间使用（进程的亲缘关系通常是指父子进程关系）
　　2）有名管道（FIFO）：
　　　　- 有名管道也是半双工的通信方式，但是允许在没有亲缘关系的进程之间使用，管道是先进先出的通信方式
　　3）信号量：
　　　　- 信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问
　　　　- 它常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源
　　　　- 因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段
　　4）消息队列：
　　　　- 消息队列是有消息的链表，存放在内核中，并由消息队列标识符标识
　　　　- 消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点
　　5）信号 ( Sinal ) ：
　　　　- 信号是一种比较复杂的通信方式，用于通知接收进程某个事件已经发生
　　6）共享内存( Shared Memory) ：
　　　　- 共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存，这段共享内存由一个进程创建，但多个进程都可以访问
　　　　- 共享内存是最快的IPC实现机制，它是针对其它进程间通信方式运行效率低而专门设计的
　　　　- 往往与其他通信机制（如信号量）配合使用，来实现进程间的同步和通信
　　7）套接字( Socket ) ：
　　　　- 套接字也是一种进程间通信机制，与其他通信机制不同的是，它可用于不同机器间的进程通信

 

套接字通信

1、基本介绍
　　1）网络上的两个进程通过一个双向的通信连接实现数据交换，这个连接的一端就是一个套接字
　　2）其目的就是：允许位于同一主机或不同主机上的不同进程之间进行通信，以实现数据交换
　　3）套接字本质是通过编程接口（API）对TCP/IP的封装，TCP/IP也要提供可供程序员做网络开发所用的接口，这就是 Socket API
　　4）HTTP协议可以理解为轿车，其提供了封装或者显示数据的具体形式；Socket可以理解为发动机，提供了网络通信的能力
　　5）进程使用端口需要向内核申请注册，内核通过【套接字、端口】标记进程
　　6）相关链接：https://www.linuxprobe.com/socket-agreement-overview.html?comefrom=http://blogread.cn/news/
　　7）相关图示：

2、套接字类型
　　1）根据其使用的传输层协议不同：
　　　　- SOCK_STREAM：TCP套接字，使用TCP端口
　　　　- SOCK_DGRAM：UDP套接字，使用UDP端口
　　　　- SOCK_RAM：RAM套接字，裸套接字，不使用TCP端口或UDP端口，直接将IP报文封装后传输给目标主机
　　2）根据其使用的地址不同，可分为多个 Socket Domain：
　　　　- AF_INET：使用IPV4地址，AF（Address Family）
　　　　- AF_INET6 ：使用IPV6地址
　　　　- AF_UNIX：同一主机上的不同进程间进行通信时使用此类，效率更高，不占用TCP/IP协议栈，不需要解封装

3、深入了解
　　1）对于TCP、UDP套接字来说，一个IP地址拥有65536（0~65535）个端口（TCP协议头部使用16位来保存端口号）
　　2）0端口是保留端口，无论是TCP还是UDP都是不能使用的，可以监听于0端口，但内核会在bind时，指定一个随机可用端口来监听
　　3）多个客户端通过某一随机端口与服务端的指定监听端口建立套接字，服务端仅需使用一个套接字即可，但是连接需要用文件描述符来标识，虽然不受套接字数量的限制，但会受到文件描述符数量的限制
　　4）此外，如果服务端以反向代理方式工作时，虽然其仅需使用一个套接字就可以与多个客户端建立连接，但是其还要与后端节点建立连接，如果通过TCP、UDP套接字与后端节点通信，则会受到套接字的数量限制
　　5）相关链接
　　　　- http://www.360doc.com/content/14/0606/16/3300331_384326124.shtml
　　　　- https://mp.weixin.qq.com/s/vaURXrvafNBzBxmEiuaGOQ

4、SocketAPI（封装了内核中的套接字通信相关的系统调用）
　　1）介绍：
　　　　- socket()：创建一个套接字
　　　　- bind()：将套接字和进程绑定在一起（即使用）
　　　　- listen()：监听在套接字上
　　　　- accept()：接收请求
　　　　- connect()：请求建立连接（一般是客户端请求）
　　　　- write()：发送数据（向此套接字写入数据也就会发送至对端套接字）
　　　　- read()：接收数据
　　　　- close()：请求关闭连接
　　2）图示：