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深入理解TCP/IP协议的实现之accept(基于linux1.2.13)

我们解析分析tcp/ip协议的实现,这一篇讲一下accept,accept就是从已完成三次握手的连接队列里,摘下一个节点。我们可以了解到三次握手的实现和过程。很多同学都了解三次握手是什么,但是可能很少同学会深入思考或者看他的实现,众所周知,一个服务器启动的时候,会监听一个端口。其实就是新建了一个socket。那么如果有一个连接到来的时候,我们通过accept就能拿到这个新连接对应的socket。那么这个socket和监听的socket是不是同一个呢?其实socket分为监听型和通信型的。表面上,服务器用一个端口实现了多个连接,但是这个端口是用于监听的,底层用于和客户端通信的其实是另一个socket。所以每一个连接过来,负责监听的socket发现是一个建立连接的包(syn包),他就会生成一个新的socket与之通信(accept的时候返回的那个)。我们将会从代码中看到这个实现。 我们从accept函数开始,详细分析这个过程。

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    惊群效应

    传统的服务器使用“listen-accept-创建通信socket”完成客户端的一次请求服务。在高并发服务模型中,服务器创建很多进程-单线程(比如apache mpm)或者n进程:m线程比例创建服务线程(比如nginx event)。机器上运行着不等数量的服务进程或线程。这些进程监听着同一个socket。这个socket是和客户端通信的唯一地址。服务器父子进程或者多线程模型都accept该socket,有几率同时调用accept。当一个请求进来,accept同时唤醒等待socket的多个进程,但是只有一个进程能accept到新的socket,其他进程accept不到任何东西,只好继续回到accept流程。这就是惊群效应。如果使用的是select/epoll+accept,则把惊群提前到了select/epoll这一步,多个进程只有一个进程能acxept到连接,因为是非阻塞socket,其他进程返回EAGAIN。

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    服务器处理连接的架构演变

    服务器是现代软件中非常重要的一个组成。服务器,顾名思义,是提供服务的组件,那么既然提供服务,那就要为众人所知,不然大家怎么能找到服务呢?就像我们想去吃麦当劳一样,那我们首先得知道他在哪里。所以,服务器很重要的一个属性就是需要发布服务信息,服务信息包括提供的服务和服务地址。这样大家才能知道需要什么服务的时候,去哪里找。对应到计算机中,服务地址就是ip+端口,但是ip和端口不容易记,不利于使用,所以又设计出DNS协议,这样我们就可以使用域名来访问一个服务,DNS服务会根据域名解析出ip。解决了寻找服务的问题后,接下来的问题就是服务器如何高效地处理连接。本文介绍服务器处理连接的架构演进。

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