一.概述

        插口層可以說是在使用者程式與TCP/IP協議之間的一個呈上啟下的層次，它將使用者與某協議相關的請求對映到具體的協議實現。不同型別的套接字在產生時就會關聯到相關協議實現（通過一組函式指標來實現的）。比如在一個TCP套接字上呼叫write函式，則會轉而呼叫TCP協議相關的函式。

二.插口

       插口也就是我們常說的套接字，它代表了一條通訊鏈路的一端，插口結構中儲存或指向了與鏈路相關的所有資訊。這些資訊包括使用的協議型別，協議的狀態資訊（如是否已連線，源和目的地址等），資料快取，插口選項(如SO_KEEPALIVE,SO_REUSEADDR等)。

      插口的資料結構如下：

struct socket {
	short	so_type;		// 套接字關聯的協議型別
	short	so_options;		// 套接字選項
	short	so_linger;		/* time to linger while closing */
	short	so_state;		// 套接字狀態（包括是否為訊號驅動和阻塞：SS_ASYNC,SS_NBIO以及連線狀態）
	caddr_t	so_pcb;			// 指向pcb控制塊
	struct	protosw *so_proto;	/* protocol handle */
	struct	socket *so_head;	// 當是排隊連線時，指向監聽套接字
    // 下面5個欄位只對監聽套接字有用
	struct	socket *so_q0;		// 還未完成3次握手的連結放在該佇列中 即accept函式還未返回
	struct	socket *so_q;		// 已完成3次握手的連結放在該佇列中， 即accept函式已返回
	short	so_q0len;		/* partials on so_q0 */
	short	so_qlen;		/* number of connections on so_q */
	short	so_qlimit;		/* max number queued connections */
    // ---------------------------------------------
	short	so_timeo;		/* connection timeout */
	u_short	so_error;		// 用於儲存差錯程式碼，當下次進行系統呼叫時會返回給程序
	pid_t	so_pgid;		// 當設定了非同步時（SS_ASYNC）,則當插口IO發生變化時會發送SIGIO訊號到so_pgid程序
	u_long	so_oobmark;		// 用於標記帶外資料

    // 套接字資料緩衝佇列
    // 定義了收發兩個佇列
	struct	sockbuf {
		u_long	sb_cc;		/* actual chars in buffer */
		u_long	sb_hiwat;	/* max actual char count */
		u_long	sb_mbcnt;	/* chars of mbufs used */
		u_long	sb_mbmax;	/* max chars of mbufs to use */
		long	sb_lowat;	/* low water mark */
		struct	mbuf *sb_mb;	/* the mbuf chain */
		struct	selinfo sb_sel;	/* process selecting read/write */
		short	sb_flags;	/* flags, see below */
		short	sb_timeo;	/* timeout for read/write */
	} so_rcv, so_snd;

// 定義了一些常量如預設緩衝最大大小，SB為sockbuf的縮寫
#define	SB_MAX		(256*1024)	/* default for max chars in sockbuf */
// - 保護套接字資料快取的鎖，因此不存在當用戶呼叫recv函式從快取讀入資料時，又將資料新增到快取中的情況。
// - 且多執行緒從一個套接字讀取資料也是安全的
#define	SB_LOCK		0x01		
#define	SB_WANT		0x02		/* someone is waiting to lock */
#define	SB_WAIT		0x04		/* someone is waiting for data/space */
#define	SB_SEL		0x08		/* someone is selecting */
#define	SB_ASYNC	0x10		/* ASYNC I/O, need signals */
#define	SB_NOTIFY	(SB_WAIT|SB_SEL|SB_ASYNC)
#define	SB_NOINTR	0x40		/* operations not interruptible */

	caddr_t	so_tpcb;		/* Wisc. protocol control block XXX */
	void	(*so_upcall) __P((struct socket *so, caddr_t arg, int waitf));
	caddr_t	so_upcallarg;		/* Arg for above */
};
 

三..訊號驅動I/O

       我們可以使用訊號，讓核心在描述符就緒時傳送SIGIO訊號通知程序（程序ID記錄於socket結構體中）。稱這種模型為訊號驅動式I/O，如下圖所示：

       當將套接字設定為訊號驅動IO後，每當套接字狀態發生改變，便會向套接字中記錄的程序傳送SIGIO訊號。在UDP上使用訊號驅動I/O是簡單的，此時SIGIO訊號會在以下事件發生時產生：1）資料報到達套接字（即已放入套接字快取）; 2) 套接字上發生非同步錯誤 。在TCP上使用訊號驅動程式時（訊號驅動IO幾乎不會用在TCP連線上

     POSIX保證被捕獲的訊號在其訊號處理函式期間總是阻塞的，關於訊號的排隊機制，我們將在其它博文中做進一步說明。

     關於UDP使用訊號驅動I/O的例子可參見UNP P531。其伺服器端的主要程式碼如下：

void Server::start()
{
    fcntl(_sockfd, F_SETOWN, getpid()); // 設定套接字的屬主程序，這樣訊號便會被髮送至該程序
    fcntl(_sockfd, F_SETFL, O_ASYNC);   // 設定套接字為訊號驅動IO
    fcntl(_sockfd, F_SETFL, O_NONBLOCK);// 設定套接字為非阻塞

    struct sigaction act;
    act.sa_flags |= SA_INTERRUPT; //設定訊號的中斷模式是中斷後繼續執行被中斷函式之後的程式碼，而不重啟
    act.sa_handler = sigio_fun; // 設定訊號處理函式
    sigaction(SIGIO,&act,NULL);

    sigset_t zeromask, newmask, oldmask; // 初始化訊號掩碼
    sigemptyset(&zeromask);
    sigemptyset(&newmask);
    sigemptyset(&oldmask);
    sigaddset(&newmask, SIGIO);

    sigprocmask(SIG_BLOCK, &newmask, &oldmask);// 設定要遮蔽的訊號
    while(1){
        if(_dataQue.empty()){
            sigsuspend(zeromask); // 該函式會先設定訊號掩碼，之後一直阻塞直至捕獲訊號並從訊號處理函式返回
        }
        sigprocmask(SIG_BLOCK, &oldmask, NULL); // 重新設定為非阻塞
        // sendto(...)
        _dataQue.pop();
        sigprocmask(SIG_BLOCK, &newmask, &oldmask);
    }

}

四.幾個系統呼叫介紹及常見錯誤

1.socket函式

       socket函式用於建立套接字及與之對應的檔案描述符，檔案物件結構。當用戶許可權不夠時（如建立原始套接字），則會將socket狀態設定為SS_PRIV,當呼叫其它系統呼叫時，便會檢測改狀態，並返回錯誤資訊。

2.accept系統呼叫

     當在一個非監聽套接字上呼叫該函式，會返回EINVAL,這個錯誤碼錶示引數錯誤。若當前連線就緒佇列無就緒連線，且是非阻塞模式，則會返回EAGAIN，該錯誤碼一般表示請求的資源尚未就緒（如：套接字資料接收佇列無資料等），請稍後再試。

3.connect系統呼叫

        對於一個非阻塞套接字而言，若呼叫connect時套接字的狀態是正在連線，則會返回EALREADY,這通常出現在：當前一次connect未呼叫成功，之後又在同一套接字上進行呼叫的情況（有的系統不會又這個問題，當儘量避免這樣使用）。

       當在一個非阻塞套接字上成功呼叫connect時，會立刻返回，若此時仍在進行連線（即返回時連線尚未完成），則會返回錯誤碼EINPROGRESS，那麼如何知道連線已完成呢？當連線就緒時，該套接字的狀態會變為可寫，因此在select上關注該描述符的寫事件。那麼第二個問題又來了，當一個套接字上出現錯誤時，套接字會變得可讀亦可寫，那麼當套接字可寫時，我們如何判斷是連線建立成功還是存在待處理的錯誤呢？這個問題可以通過傳入引數SO_ERROR呼叫getsockopt(_sockfd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &err, &len);函式處理，若套接字上存在錯誤則說明是有錯誤待處理，否則為連線建立成功。muduo網路庫中也是採取的這種方式來進行區別的。

      那麼對於阻塞式套接字呢？假設在一個阻塞式套接字上呼叫connect函式，而該函式被中斷（捕獲到某個訊號），此時會怎樣呢？加入核心不自動重啟，那麼它將返回EINTER,此時不應該再次呼叫connect，而應該採用與與非阻塞套接字一樣的檢測方法。

5.seleect系統呼叫與select衝突

     參博文《高階I/O》（包括accept驚群也參考這篇博文）