第十八章SOCKET类的实现

第十八章SOCKET类的实现这几天反复思考，到底是从上到下、还是从底层开始往上设计？最后、还是决定从上层建筑开始。APO追求的是简单、再简单！强大、再强大！高速、高效！“天下武功、无坚不破、唯快不破！”。APO的socket也不外是一种内存文件吧，但socket描述符和其它类型的文件描述符还是略有区别的。APO中的一个用户进程最多可打开64K个非socket类型的文件描述符，而APO系统只是最多可以打开16M个v节点，需要256个64K位的位图变量、刚好1个位图变量数据块；中模式管理。socket描述符也是在16M个文件描述符中分配，APO中的socket描述符、描述的是一个连接、可以说是连接号，与UNIX可能会有一点不同；理论上、APO可以在一个服务端口上最大支持1千6百多万个连接。APO的网络编程是非常简单的，如服务端程序、只是在初始化方法中open一个socket，余下的只是对各种连接消息的处理方法的编写。即使有1千万个连接，那又能怎样？对于它们的请求消息的处理方法都是一样的。用户无须关心打开了多少socket描述符，有多少连接，关闭连接，TCP/UDP、管理socket描述符等等，那都是用户系统网络进程的事情。对于用户的网络编程，我们就是要越简单越好。服务端程序只是关心、来了一个带请求的连接消息，需要处理该请求消息，使用消息中的socket描述符就可操作该连接对应的接收、或发送流容器；至于、该连接是如何建立起来的、当前是否有1千万个连接等等，不用管的。LINUX、WINSOCKET中的bind()、socket()、listen()、accept()、connect()、write()、read()、recvfrom()、sendto()、upds_respon()、recv()、send()、recvmsg()、sendmsg()、close、shutdoen()、循环服务器、并发服务器、多路I/O复用、原始套接字等等、我都看晕了，这难道是给应用程序员使用的网络编程方法库？我只能感叹！真垃圾！这是底层程序员使用的、不是应用程序员啊。发展了几十年，应该是精华的浓缩了；为何我总看不顺眼？总感觉这样做、复杂、效率低，为何聪明人总是把问题复杂化啊？我也很想兼容和适应它们，但总是有心无力；自己笨、没法把握他们的思路。不管怎样，服务端支持千万个连接的功能我是加定了；这样，1000个游戏服务器就可支持100亿人同时在线了。在APO中，网络编程是分为三层：第一层SOCKET应用层，第二层是TCP/UDP（用户CPU线路的系统网络服务进程）、第三层是最底层IP/ICMP（内核CPU线路的实时线程）。层之间是使用消息交互、句柄提交、事件驱动。后2层是系统实现，用户主要是使用第一层编程。SOCKET是一种内存文件，网络编程分为服务端和客户端，网络协议主要就是TCP/UDP；在open文件SOCKET时、就需指明。open、close本来就是文件系统的基本方法，本文只是描述与socket有关的内容。数据报接收是2、3层自动实现的，包含数据报内容的句柄就是相应socket连接的文件号sockfd，以消息方式提交给用户进程；用户只需使用sockfd.成员的赋值指令，就可对接收的数据报进行读、写。不同的文件号sockfd句柄、对应不同的连接，有不同的内存容器。只要本地内存空间够大，支持千万个连接就没问题。内存分配是无须用户去考虑，只要给出规划就行了。为何？当我们编写一个客户端程序时，无法预先知道你请求之后、服务器返回的数据报大小，可能2GB；也就无法一开始就声明接收流容器的本地内存空间大小。但接收到服务器返回的数据报后，底层知道；所以、就可由底层申请分配内存，并将句柄关联到相应的sockfd。那接收就似乎无须用户规划了，但你发送的请求数据报是可以预设大小的。如果客户端，请求一个4GB大小的文件，难道服务器就要即时申请一个连续4GB大小的内存空间？用户编写的服务端程序无须这样麻烦，只是向2层发一个消息就行了(sendto())、一切2层搞掂。或许APO在SOCKET层就3个方法了：open()、close()、sendto()。前2个本来就是文件系统的基本方法，open()方法的参数有所不一样吧；所以改为opens()。用户程序主要是编写消息处理；实现HTTP协议、FTP等等。其实、即使这些协议的实现；APO操作系统都包含进去了。用户主要就是编写游戏等服务端的消息处理吧。当是客户端时，TCP/UDP的端口可以对应到sockfd、进程号、或线程号。但如是服务端，就不一样了；虽然能对应到进程号，但可能有几百万个连接、sockfd文件号。所以，服务端应设置流标签（低24位）=sockfd文件号（连接号）；这样、下次客户端的带有相同流标签（连接号）的请求到来时，服务端的底层就可迅速定位到相应的连接v节点（当然还需要比对一下）。一、服务端程序APO的进程就是一个消息恒循环，用户代码入口main();就是执行用户编写的进程消息处理代码。我们只需要在进程共用部分的初始化方法中Process_init();加入以服务端方式、TCP或UDP、最大连接数BACKLOG（单位为256个连接）、客户端发来的请求报文最大长度RECVLEN（单位行E）、服务端的发送流容器变量、的opens()方法。那么，余下的就是第二层TCP/UDP、用户CPU线路的系统网络服务进程的事情了。每当有一个新的属于服务进程的TCP/UDP数据报到来，第二层会给服务进程的动态优先级加码、以便服务进程可以更快的得到CPU；同时给服务进程发出一个消息（包含连接号sockfd、状态码等等）。当服务进程获得CPU时，可能已经有n个消息了；1、系统读入一个消息到H2行寄存器，服务进程处理该消息；2、判断、如果是第二层的系统网络服务进程发出，那么是网络数据报消息，用sockfd.成员，提取数据报、分析是什么请求、处理该请求，最后回发一个服务器数据报。3、循环回到1，如果没有需处理的消息、服务进程让步挂起返回。至于是如何构建一个连接，有上千万个连接、数据报的内存分配、IP包组装等等；都不是应用层需关心的，那是底层的事情。所以，APO的服务端程序没料啊，就一个opens()和回发服务器数据报时、可能使用到的sendto()（该方法与LINUX、UINX、WINDOWS的有区别）、或关闭一个连接close()。那些、bind()、socket()、listen()、accept()、connect()、write()、read()、recvfrom()、upds_respon()、recv()、send()、recvmsg()、sendmsg()、shutdoen()、sigio、select()等等、通通清除；还应用程序员一个干净的世界。要注意的是：如果同一个连接的客户端发了一个数据报，在服务进程还没处理完毕时，又发来一个数据报；客户端将受到流量抑制。如果前面的数据报达到1GB以上，客户端将立刻受到流量抑制、不允许再发数据报；直到服务进程处理完上一个数据报。至于、黑客回溯追踪，恶意TCP/UDP包判断，连接处理，重发等定时器，IP黑名单，攻击报警、包过滤等等都是底层的事情，用户不必关注。我知道UDP、可能上千万个连接问题不大，但TCP就需另外对待了；就那几种定时器就不好处理，难道要设计几千万个定时器？这不可能；有待研究。二、客户端编程用户可以在进程、或线程内设置客户端TCP/UDP程序。还是那3个方法，但opens方法的参数设置不一样；也不是在初始化方法出现；在线程、或进程打开一个连接opens，那通常是需要用户关闭连接close。BUxEmsg;//在主程序、声明报文发送流容器（x行）。Thread_client(){//在线程内的客户端方法、线程入口。sockfd=opens(FLAG.PORT);//获得socket文件号，PORT=XX指定的客户端口，0由系统指定端口；//FLAG=0xA000(TCP)、0x8000(UDP)；由第二层建立连接。//设置需连接的服务器端IP地址、端口等sockfd.vnode.MDA=?;//服务端的以太网目标地址sockfd.vnode.DLADD=?;//服务端目标链路地址，DLADD+MD目标IP地址sockfd.vnode.DPORT=?;//服务端的目的端口msg=?;//填写第一个消息报文。sendto(sockfd,flags,msg,len);//发送第一个数据报。PRET//分支定点等待消息、阻塞返回；新的线程入口在下一条指令。msgpro();//服务器返回的数据报处理方法；消息在H2，线程新入口。//收到一个服务器数据报、由二层返回一个消息到相应进程，而进程将启动相//应的线程msgpro()方法来处理。IfFLAG.关闭标志=1thengototclt;msg=?;//填写消息报文。sendto(sockfd,flags,msg,len);//由第二层发送一个新的请求数据报。WRET//等待消息、阻塞返回，准备处理下一个数据报消息。tclt:close(sockfd);//关闭连接TRET//线程终止返回//msg也可以是关联到进程、或线程打开的一个普通文件号的流容器；这样，客户端也就可以上传一个文件（文件大小可到4GB）；APO的数据报可以大到4GB。三、opens()、sendto()、close()方法opens()方法只是把应用层的参数传入系统层（第二层），并返回一个文件号；客户端与服务端的参数是不一样的。对于返回的文件号sockfd，客户端才使用；而服务端是使用消息中的由第二层给出的新的连接文件号。R0参数FLAG.PORT：高16位R0H标志FLAG、低16位R0LTCP/UDP的指定端口PORT。APO的TCP服务端、oxE000，TCP客户端、oxA000；APO的UDP服务端、oxC000，UDP客户端、ox8000。//FLAG.15DOMAIN;协议域：1、INET_TYPE，0、其它。//FLAG.14NETMODEL;网络模式：1、serve服务端，0、client客户端。//FLAG.13PROTOCOL;协议：1、TCP（SOCK_STREAM），0、UDP（SOCK_DGRAM）。//FLAG.12-8STADE;5位连接状态标志。//FLAG.7-0TYPE;协议类型：//PF_INET、IPAPOinternet协议，PF_INET、IPV4internet协议，//PF_INET6、IPV6internet协议，PF_IPX、NOVELL协议，//PF_NETLINK、内核用户界面协议，PF_X25、X.25/ISO-8208协议，//PF_AX25、AMATEURRADIOAX2.5协议，PF_ATMPVC、原始ATMPVC访问，//PF_APPLETALK、APPLETALK协议，PF_PACKET、底层包访问协议，socket文件是在内存建立的、和其它类型的文件不一样，无须i节点、目录项，也不需要文件打开表项；只有不一样的v节点，描述了一个连接。4E大小的v节点，前面2E是发送IP数据包的包头（包括MAC头、IP头、TCP/UDP头）；后2E是连接描述，TCP/UDP的连接参数；下一章会详细说明。1、服务端模式：sockfd=opens(FLAG.PORT,BACKLOG,RECVLEN);BU16BACKLOG;//最大连接数、单位为256个连接。R1LBU32RECVLEN;//低24位，允许的最大报文长度、单位E。R22、客户端模式：sockfd=opens(FLAG.PORT);需要使用返回的文件号来设置v节点中服务端的IP地址、端口号。sockfd.vnode.MDA=?;//服务端的以太网目标地址sockfd.vnode.DLADD=?;//服务端的目标链路地址，DLADD+MDA目标IP地址sockfd.vnode.DPORT=?;//服务端的目的端口3、sendto()