golang socket 实现分析(一)

socket：tcp/udp、ip构成了网络通信的基石，tcp/ip是面向连接的通信协议

要求建立连接时进行3次握手确保连接已被建立，关闭连接时需要4次通信来保证客户端和，服务端都已经关闭

在通信过程中还有保证数据不丢失，在连接不畅通时还需要进行超时重试等等

所以socket就是封装了这一套基于tcp/udp/ip协议细节，提供了一系列套接字接口进行通信

client端通过以下方式与Server端进行通信

先看看再golang中如何进行socket编程

// 创建socket文件描述符，绑定ip:port，改变socket状态为监听状态
ln, err := net.Listen("tcp", addr)
// 返回时关闭tcp连接
defer l.Close()
if err != nil {
    return err
}
for {
    // 从socket recive队列里获取一个建立好的连接
    conn,err := ln.Accept()
    if err != nil {
        return err
    }
    // 新起一个goroutine处理连接
    go handler(conn)
}

func handler(conn net.Con) {
    // 关闭连接
    conn.Close()
}

介绍几个跟socket相关的底层函数

socketFunc func(int, int, int) (int, error) = syscall.Socket //创建一个socket文件描述符
func Bind(fd int, sa Sockaddr) (err error) //绑定一个本机IP:port到socket文件描述符上
listenFunc func(int, int) error = syscall.Listen //监听是否有tcp连接请求
acceptFunc func(int) (int, syscall.Sockaddr, error) = syscall.Accept //获取一个建立好的tcp连接
connectFunc func(int, syscall.Sockaddr) error = syscall.Connect //发起tcp连接请求
closeFunc func(int) error = syscall.Close //关闭连接

下面介绍下在golang中socket接口是如何通过这几个底层函数完成socket封装的。

socket：创建的socket默认是阻塞的，通过syscall.SetNonblock()可以将socket设置为非阻塞模式

func sysSocket(family, sotype, proto int) (int, error) {
 
    syscall.ForkLock.RLock()
    //创建socket文件描述符
    s, err := socketFunc(family, sotype, proto)
    if err == nil {
　　　　  // 关闭从父线程拷贝过来的文件描述符后，再执行子线程程序
        syscall.CloseOnExec(s)
    }
    syscall.ForkLock.RUnlock()
    if err != nil {
        return -, os.NewSyscallError("socket", err)
    }

    //设置socket位非阻塞
    if err = syscall.SetNonblock(s, true); err != nil {
        closeFunc(s)
        return -, os.NewSyscallError("setnonblock", err)
    }
    return s, nil
} 

listen：设置socket文件描述符为监听状态，把监听到的请求放入未完成的请求队列中，完成3次握手后，会把连接放入已完成的请求队列中等待accept获取处理

func (fd *netFD) listenStream(laddr sockaddr, backlog int) error {
    if err := setDefaultListenerSockopts(fd.sysfd); err != nil {
        return err
    }
    if lsa, err := laddr.sockaddr(fd.family); err != nil {
        return err
    } else if lsa != nil {
　　     //绑定ip:port
        if err := syscall.Bind(fd.sysfd, lsa); err != nil {
            return os.NewSyscallError("bind", err)
        }
    }
    //监听socket文件描述符
    if err := listenFunc(fd.sysfd, backlog); err != nil {
        return os.NewSyscallError("listen", err)
    }
    if err := fd.init(); err != nil {
        return err
    }
    lsa, _ := syscall.Getsockname(fd.sysfd)
    fd.setAddr(fd.addrFunc()(lsa), nil)
    return nil
}

accept：从已完成的队列里取出一个tcp连接，返回的是由内核根据当前socket信息创建的全新的tcp连接来处理数据的，同时原始创建好的socket还可以继续监听其他连接请求，如果没有获取到则阻塞当前goroutine

func accept(s int) (int, syscall.Sockaddr, error) {
   //获取连接
   ns, sa, err := acceptFunc(s)
   if err == nil {
      syscall.CloseOnExec(ns)
   }
   if err != nil {
      return -1, nil, os.NewSyscallError("accept", err)
   }
   //设置为非阻塞
   if err = syscall.SetNonblock(ns, true); err != nil {
      closeFunc(ns)
      return -1, nil, os.NewSyscallError("setnonblock", err)
   }
   return ns, sa, nil
}

connect：client端发起连接请求

//发起连接请求
func (fd *netFD) connect(la, ra syscall.Sockaddr, deadline time.Time, cancel <-chan struct{}) error {
   switch err := connectFunc(fd.sysfd, ra); err {
   　　//异常处理
　　　　....
   }
}

close:

//关闭连接请求
func (fd *netFD) destroy() {
    //关闭连接
    fd.pd.Close()
    //释放系统资源
    closeFunc(fd.sysfd)
    fd.sysfd = -
    runtime.SetFinalizer(fd, nil)
}