Unix 网络编程卷一阅读随笔。
TCP 与 socket 系统调用
[C2.4, 35] TCP 客户先与某个给定服务器建立一个连接（三次握手），再跨该连接与那个服务器交换数据，然后终止这个连接（四次挥手）。
[C2.4, 37-39] 结合 socket 网络编程接口，TCP 的三次握手与四次挥手：
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服务器被动打开 ：服务器首先调用
socket()函数创建一个套接字，然后调用bind()函数将该套接字绑定到一个本地地址和端口。接着，服务器调用listen()函数使该套接字进入监听状态，准备好接受外来的连接。 -
服务器调用
accept()：服务器调用accept()函数，该函数阻塞等待客户端的连接请求。当有客户端请求连接时，accept()返回一个新的套接字描述符，用于与客户端进行通信。原来的监听套接字继续保持监听状态。 -
客户端发起主动打开 ：客户端调用
socket()函数创建一个套接字，然后调用connect()函数向服务器发起连接请求。此时，客户端和服务器进行 TCP 的三次握手：- 客户端发送 SYN 包（第一次握手）。
- 服务器收到 SYN 包，回复 SYN+ACK 包（第二次握手）。
- 客户端收到 SYN+ACK 包，回复 ACK 包（第三次握手），连接建立。
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服务器 accept 返回 ：当服务器收到客户端的连接请求（即 SYN 包）后，
accept()函数返回，提供一个新的套接字描述符用于与客户端通信。此时，三次握手完成，客户端和服务器可以开始通信。 -
数据传输：连接建立后，客户端和服务器可以通过套接字进行数据传输。服务器一般调用
read()（或recv()）函数阻塞等待接收数据，客户端调用write()（或send()）函数发送数据。 -
连接关闭 ：数据传输完成后， 通常 由客户端调用
close()函数发起主动关闭连接，进行四次挥手：- 客户端发送 FIN 包，表示主动关闭连接（第一次挥手）。
- 服务器收到 FIN 包，回复 ACK 包（第二次挥手），此时服务器进入 CLOSE_WAIT 状态。
- 服务器调用
close()函数，发送 FIN 包（第三次挥手），表示准备关闭连接。 - 客户端收到服务器的 FIN 包，回复 ACK 包（第四次挥手），此时连接关闭。
客户端进入 TIME_WAIT 状态，等待一定时间后彻底关闭连接，确保服务器收到 ACK 包。
无论是客户端还是服务器，任何一端都可以调用
close()执行主动关闭。通常情况是客户端执行主动关闭，但是某些协议（比如 HTTP/1.0）却是由服务器执行主动关闭。
结合 这篇文章 的 TCP 三次握手和四次挥手一起理解上图和下图。
上图中，服务器对客户端请求的 ACK 确认是伴随着其应答消息一起发送的，这种做法称为捎带（piggybacking）。它通常在服务器处理请求并产生应答的时间少于 200ms 时发生。如果处理耗时更长，如 1s，那么我们看到的将先是 ACK 确认，后是应答。
socket 基本结构
socket 地址
IPv4 套接字地址：struct sockaddr_in {}
IPv6 套接字地址：struct sockaddr_in6 {}
通用套接字地址：struct sockaddr {}
当某种套接字地址作为一个参数传递给任何套接字函数时，套接字总是以引用的形式来传递，且 这些套接字函数必须能处理任意协议族的套接字地址结构 。故此，需要将它们强转转换成通用套接字地址，传递给这些函数。这些函数有：bind(), connect(), accept() 等。
[C3.3, 73-74] 有时候，应用进程需要告诉内核套接字地址的长度（内核就知道从进程复制多少数据进来了，这样内核在操作该结构时不至于越界），且内核需要告诉应用进程套接字地址的长度（它告诉进程内核在该结构中究竟存储了多少数据）。这就需要值 - 结果类型的参数，传入指向地址长度的指针、返回地址长度的结果再存储在这个指针中，供应用进程使用。
IP 地址转换
[C3.6, 81-83]
ASCII 字符串格式的 IP 与二进制格式的网络地址相互转换：
IPv4 ASCII 到 Network 地址：inet_aton(), inet_addr()
Network 地址到 IPv4 ASCII：inet_ntoa()
使用于 IPv4 和 IPv6 的新的转换函数，p=presentation, n=numeric：
ASCII 到 Network 地址：inet_pton()
Network 地址到 ASCII：inet_ntop()
输入输出字节比实际少
[C3.9, 88-89]
对于字节流套接字（如 TCP 套接字）上的 read()和 write()函数所表现的行为不同于通常的文件 I/O。字节流套接字上调用 read()或 write()，输入或输出的字节数可能比实际请求的数量少，但这不表示发生了错误。
这个现象的原因是：内核中用于套接字的缓冲区可能已达到了极限。此时需要调用者再次调用 read()或 write()函数，以输入或输出剩余的字节。
你是否有印象，好多 read()都在 whlie 循环下执行，除了由于网络的不确定性和延迟，也有上述原因（个人理解）。
socket 基本编程
socket C/S 通信
connect()
[C4.3, 99-100]
在客户端调用 connect()函数前不必非得调用 bind()函数——因为如果需要的话，内核会确定源 IP 地址，并选择一个临时端口作为源端口。
bind()
[C4.4, 100-102]
调用 connect()函数将触发 TCP 三次握手，而且仅在连接建立成功或出错时才返回。
bind()函数把一个本地协议地址赋予一个套接字。
- 对于 IP 协议，协议地址是 32 位 IPv4 地址或 128 位 IPv6 地址与 TCP/UDP 端口号的组合。
- 对于 TCP，调用 bind()函数可以指定一个端口号、或指定一个 IP 地址、也可以两者都指定或都不指定。
- 一般服务器会绑定一个众所周知的端口号，以便被大家（客户）认识。
- 如果不绑定端口号，不管服务器还是客户端，当调用 listen()或 connect()时，内核就要为相应的套接字分配一个临时端口。
如果客户端或服务器不绑定 IP 地址，会怎么处理？
- 一般地，客户端通常不把 IP 地址绑定到它的套接字上。当连接（服务器）套接字时，内核将根据所用外出网路接口来选择源 IP 地址。
- 一般地，服务器通常需要把 IP 地址绑定到它的套接字上。当未绑定时，内核就把客户端在三次握手中发送的 SYN 报文的目的 IP 地址作为服务器的源 IP 地址。
- 使用通配地址时，一般为 htonl(INADDR_ANY) / htonl(in6addr_any)，表示让内核指定 IP 地址。
- 指定端口为 0 时，表示让内核选择一个临时端口——要查看分配的端口，使用 getsockname()函数返回协议地址，进而获取端口。
listen()
listen()函数仅由 TCP 服务器调用。
当 socket()函数创建一个套接字时，它被假设为一个主动套接字。也就是说，它被假设为是一个将调用 connect()发起连接的客户套接字。但是，在服务端没有 connect()调用，listen()将一个未 connect 的套接字转换成一个被动套接字，指示内核应该接收指向该套接字的连接请求。
listen()监听最大 backlog 个连接，其中 backlog 是未完成连接队列个数（未完成 TCP 三次握手的分节在此队列）和已完成连接队列（已完成 TCP 三次握手的分节在此队列）个数之和。若分节完成三次握手，则将被转移至已完成连接队列的队尾。
accept()
accept()函数仅由 TCP 服务器调用，用于从已完成连接队列的队头返回下一个已完成连接的客户套接字（返回值称为已连接套接字，accept 第一个参数称为监听套接字）。
- 监听套接字：一个服务器通常仅仅创建一个监听套接字，它在该服务器的生命周期内一直存在。
- 已连接套接字：随着 TCP 三次握手的完成而由内核创建的客户套接字，并在服务器完成对该客户的服务时，被关闭。
fork()
Unix 系统中派生新进程的唯一方法——fork()及其变体。
在进程中调用一次 fork()，它却返回两次：
- 在父进程中返回一次，返回值是新派生的子进程的 PID；
- 在子进程中返回一次，返回值是 0。
子进程的返回值是 0，是因为子进程的父进程唯一，它可以通过 getpid()获取父进程的 PID。而父进程只能通过记录返回值来存储多个子进程的 PID。
父进程中调用 fork()之前打开的所有描述符，在 fork()返回之后，可在父进程与子进程之间共享。
利用这个特性，在网络服务器中，可在 accept()返回客户套接字后，fork()一个子进程，由子进程处理这个客户的请求，而父进程可关闭这个客户套接字，从而可以再次 accept()其它连接请求。
对于“父进程可关闭这个客户套接字”，那么为什么子进程中还能使用这个客户套接字？
这是因为描述符（文件或套接字）都有一个引用计数。引用计数在文件表项中维护，它是当前打开着的描述符的个数。
当 fork()返回后，父进程中先前打开的所有描述符，会在父进程与子进程间共享（也就是被复制），即每个描述符的引用计数都会加 1。因此，一个描述符真正的清理和资源释放要等到其引用计数值达到 0 时才发生。
getsockname()
使用 name 一词令人误解，getsockname()和 getpeername()函数返回是本端或对端的协议地址——对于 IP 协议来说，就是 IP 地址和端口号。
需要这两个函数理由：
- 在没有调用 bind()的客户端上，connect()成功返回后，getsockname()用于返回由内核赋予该连接的本地 IP 地址和端口号。
- 在以端口号 0 调用 bind()时，getsockname()用于返回由内核动态赋予的本地端口号。
- getsockname()可用于获取某个套接字的地址族。
- 在服务端，可以使用 getsockname()返回已连接套接字（客户套接字）的本地 IP 地址和端口号。