UNP总结 Chapter 12~14 IPv4与IPv6的互操作性、守护进程和inet超级服务器、高级I/O函数

一、IPv4与IPv6的互操作性

1.IPv4客户与IPv6服务器

拥有双重协议栈的主机的一个基本特性就是：其上运行的IPv6服务器既能应付IPv4客户，又能应付IPv6客户。这是通过使用IPv4映射的IPv6地址实现的。

要求，ipv6服务器必须具有双重协议栈，即服务器必须同时拥有ipv4地址和ipv6地址，称其为ipv6服务器是因为开放的网络套接口为ipv6类型。

当ipv4客户欲连接ipv6服务器时，通过gethostbyname获得服务器主机的A记录(即ipv4地址)，并通过网络发送ipv4数据包。ipv6服务器接受这个ipv4数据包，并通过内核将客户ipv4地址映射为ipv6地址返回。

2.IPv6客户与IPv4服务器

要求，ipv6客户必须具有双重协议栈。
因为即使服务器是双重协议的，客户能找到主机的AAAA记录(即ipv6地址)，并发送ipv6数据包，但是由于ipv6地址不能转化成ipv4地址，所以ipv4服务器还是接受不了ipv6数据包。
所以，必须要求ipv6客户具有双重协议栈，这样在客户端上便能依靠解析器，在ipv6套接口上发送ipv4数据包了。

二、守护进程和inet超级服务器

1.概述

守护进程(daemon)是在后台运行不受终端控制的进程。Unix系统中一般有很多守护进程在后台运行(20到50个)，执行不同的管理任务

2.syslogd守护进程和syslog函数

Unix系统中的syslogd守护进程通常由某个系统初始化脚本启动，而且在系统工作期间一直启动

既然守护进程没有控制终端，它们就不能把消息fprintf到stderr上，从守护进程中登记消息的常用技巧就是调用syslog函数

#include <syslog.h>

void syslog(int priority, const char * message, ... );

priority参数是级别(level)和设施(facility)的组合，举例来说，当调用rename函数失败时，守护进程可能会做以下调用:

syslog(LOG_INFO | LOG_LOCAL2, "rename(%s, %s): %m", file1, file2);

当应用程序第一次调用syslog时，它创建一个Unix域数据报套接口，然后调用connect连往syslogd守护进程建立的套机口的众所周知路径名(如 /var/run/log)，这个套接口在进程终止前一直打开。另外，进程也可以调用openlog和closelog

#include <syslog.h>

void openlog(const char * ident, int options, int facility);void closelog(void);

ident是一个字符串，它将被syslog加到每条登记消息的前面，一般情况下它的值为程序名

3.daemon_init函数

调用它(通常从服务器程序)可使一个进程变成守护进程。

4.inetd守护进程

我们在网络编程时会发现，开始的几步都是基本一样的，对于服务器这一端，我们会使用socket, bind, listen ,accept 基本步骤相同，能不能把这几步形成一个总的，当有申请链接来时都调用一个进程链接，然后根据不同的申请fork子进程执行相应的程序呢？答案就是只用inetd守护进程。概括来说：inetd是监视一些网络请求的守护进程，其根据网络请求来调用相应的服务进程来处理连接请求

inetd守护进程是Unix/Linux自己的，他作为一个守护进程，处理请求，我们要做的是给他提供当对于某种链接，某个接口的请求时所要启动的程序就可以了。

一般说来， inetd 主要用于启动其它服务程序，但它也有能力直接处理某些简单的服务， 例如 chargen、 auth， 以及daytime。

三、高级I/O函数

1.套接字超时

涉及套接字上的I/O操作设置超时的方法有三种方法：

• 调用alarm，在到达指定时间时产生SIGALRM信号
• 使用select阻塞在等待I/O上，select内部有一个时间限制，以此代替在read或write调用上阻塞
• 使用新的SO_RCVTIMEO和SO_SNDTIMEO套接字选项

前两种技术可以用于任何描述字，而第三种只能用于套接口描述字。

2.recv和send函数

这两个函数和标准的read和write函数都类似，不过多了一个附加参数

#include <sys/socket.h>

sszie_t recv(int sockfd, void * buff, size_t nbytes, int flags);
ssize_t send(int sockfd, void * buff, size_t nbytes, int flags);
//返回: 成功返回读入或写出的字节数，出错返回-1

flag在设计上存在一个基本问题：它是按值传递的，而不是值-结果参数，因此它只能从进程向内核传递标志，内核不能向进程传递标志。flag参数取值详见UNP

3.readv和writev函数

由于在APUE专题有详解，所以这里仅给出函数原型

#include <sys/uio.h>

ssize_t readv(int filedes, const struct iovec * iov, int iovcnt);
ssize_t writev(int filedes, const struct iovec * iov, int iovcnt);
 //返回: 读到或写出的字节数，出错时为-1

4.recvmsg和sendmsg函数

这两个函数是最通用的I/O函数，实际上，可以用recvmsg代替read, readv, recv, recvfrom. 类似的，各种输出函数可以用sendmsg取代。

#include <sys/socket.h>

ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr * msg, int flags);
ssize_t sendmsg(int sockfd, struct msghdr * msg, int flags);
 //返回: 成功时为读入或写出的字节数，出错时为-1

两个函数把大部分参数都包装到一个msghdr结构中：

struct msghdr {
  void         *msg_name;        /* protocol address */
  socklen_t     msg_namelen;     /* size of protocol address */
  struct iovec *msg_iov;         /* scatter/gather array */
  int           msg_iovlen;      /* # elements in msg_iov */
  void         *msg_control;     /* ancillary data (cmsghdr struct) */
  socklen_t     msg_controllen;  /* length of ancillary data */
  int           msg_flags;       /* flags returned by recvmsg() */
};

下面给出recvmsg返回时的msghdr结构体实例：

5.辅助数据

辅助数据(ancillary data)可以通过sendmsg和recvmsg这两个函数，使用msghdr结构中的msg_contorl和msg_controllen成员发送和接收。辅助数据的另一种叫法是控制信息(control information)

辅助数据是一个或多个辅助数据对象组成，每个对象由一个cmsghdr结构开头，该结构在<sys/socket.h>文件中定义如下：

struct cmsghdr {
  socklen_t  cmsg_len;   /* length in bytes, including this structure */
  int        cmsg_level; /* originating protocol */
  int        cmsg_type;  /* protocol-specific type */
      /* followed by unsigned char cmsg_data[] */
};

下图给出一个控制缓冲区中出出现两个辅助数据对象的例子：

下图为在Unix域套接字上的cmsghdr结构：

6.套接口和标准I/O

标准I/O库执行三种缓冲：(这个仍旧在APUE专题中仔细讨论过)

• 完全缓冲意味着只有在以下情况时才进行I/O：缓冲区满，进程明确地调用fflush或进程调用exit终止。标准I/O缓冲区大小通常为8192字节。
• 行缓冲意味着在以下情况时进行I/O：遇到一个换行符，进程调用fflush或进程调用exit终止。
• 不缓冲意味着每次调用标准I/O输出函数时都进行I/O

7.高级轮询技术

1)./dev/poll接口：

使用步骤：

• 打开/dev/poll。
• 初始化一个pollfd结构。
• 调用write函数在/dev/poll设备上写这个结构数组一把它传递给内核。

打开/dev/poll,必须先初始化pollfd结构：

struct dvpoll {
    struct pollfd* dp_fds;
    int            dp_nfds;
    int            dp_timeout;
};

2).kqueue接口

本接口允许进程向内核注册描述所关注的kqueue事件的事件过滤器

#include <sys/types.h>

#include <sys/event.h>

#include <sys/time.h>

int kqueue(void);

int kevent(int kq, const struct kevent *changelist, int nchanges, struct kevent *eventlist, int nevents, 
                 const struct timespec *timeout) ;

void EV_SET(struct kevent *kev, uintptr_t ident, short filter, u_short flags, u_int fflags, intptr_t data, void *udata);
 

kevnt结构体：

struct kevent {
  uintptr_t  ident;      /* identifier (e.g., file descriptor) */
  short      filter;     /* filter type (e.g., EVFILT_READ) */
  u_short    flags;      /* action flags (e.g., EV_ADD) */
  u_int      fflags;     /* filter-specific flags */
  intptr_t   data;       /* filter-specific data */
  void      *udata;      /* opaque user data */
};

其中flags成员在调用时指定过滤器行为：

filter成员指定的过滤器类型：