Linux中的Socket通信技术 (socket linux)
Socket通信技术是网络编程的核心知识之一，它是一种为应用程序提供网络通信功能的编程接口。在Linux操作系统中，Socket通信技术被广泛应用于网络编程、并发编程等领域。本文介绍Linux中Socket通信技术的基础知识、应用场景、实现方法以及相关的优化技巧，希望能够帮助开发者更好地掌握Socket通信技术。
一、Socket通信技术基础知识
1.1、Socket的概念
Socket，又称“套接字”，是一种用于网络编程的编程接口，由操作系统提供。它用于描述一个网络中的进程间通信的一种机制，可以用于在同一主机或不同主机之间的进程间通信。
1.2、Socket通信的类型
Socket通信根据数据传输时的通信方式，可以分为两种类型：流式Socket（SOCK_STREAM）和数据报式Socket（SOCK_DGRAM）。
– 流式Socket：基于TCP协议，面向连接的，例如HTTP、FTP等。
– 数据报式Socket：基于UDP协议，不需要建立连接，传输速度快，但可靠性低，例如DNS、NTP等。
1.3、Socket通信的模型
Socket通信一般采用C/S（Client/Server）模型，即客户端和服务器端之间进行通信。客户端通过套接字（socket）向服务器发送请求，服务器则响应请求，并将相应的数据通过套接字传输给客户端。
1.4、Socket通信的基本流程
Socket通信的基本流程分为4个步骤：创建Socket -> 绑定Socket -> 监听Socket -> 通信。
– 创建Socket：通过系统调用socket()函数创建一个Socket。
– 绑定Socket：将一个IP地址和端口号绑定到Socket上，指定Socket用于接收客户端请求。
– 监听Socket：调用listen()函数，将Socket设置为监听状态，等待客户端请求。
– 通信：通过accept()函数接收客户端请求，然后将请求发送给服务器端进行处理，并将处理结果返回给客户端，完成一次通信。
二、Socket通信的应用场景
Socket通信技术在网络编程中具有广泛的应用，下面介绍几个常见的应用场景。
2.1、网络编程
Socket通信技术是网络编程的核心技术之一。通过Socket通信，应用程序可以在本地或远程主机之间进行数据传输，实现网络通信的功能。
2.2、并发编程
在并发编程中，Socket通信技术可以应用于多线程、多进程之间进行通信。应用程序可以通过Socket通信，在多个线程或多个进程之间传递数据，实现线程或进程之间的通信。
2.3、分布式计算
在分布式计算中，Socket通信技术可以用于不同的节点之间进行网络通信。通过Socket通信，分布式计算系统可以将不同节点的任务分发到不同的节点上进行处理，最终将结果汇总并返回给客户端。
三、Socket通信的实现方法
Socket通信的实现方法可以采用C语言、C++、Java等多种语言进行实现。下面以C语言为例，介绍Socket通信的实现方法。
3.1、创建Socket
创建Socket可以通过Linux系统调用socket()函数实现，需要指定Socket的协议类型、传输方式和协议参数。
– 创建流式Socket：
“`c
int sfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); // 创建流式Socket
“`
– 创建数据报式Socket：
“`c
int sfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); // 创建数据报式Socket
“`
3.2、绑定Socket
绑定Socket需要指定一个IP地址和端口号，可以采用如下代码实现：
“`c
struct sockaddr_in addr; // 创建Socket地址
addr.sin_family = AF_INET; // 指定地址家族
addr.sin_port = htons(8080); // 指定端口号
addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // 指定IP地址
bind(sfd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)); // 绑定Socket地址
“`
3.3、监听Socket
在绑定Socket之后，需要将其设置成监听状态，等待客户端的连接。可以通过listen()函数实现：
“`c
listen(sfd, 10); // 设置Socket为监听状态，最多允许10个客户端连接
“`
3.4、通信
通信时，需要接收客户端的请求并发送响应。可以使用accept()函数接收客户端的请求，并将数据发送给服务端进行处理。
“`c
int cfd = accept(sfd, (struct sockaddr *)&caddr, &len); // 接收客户端请求，返回客户端Socket
char buf[1024] = {0};
recv(cfd, buf, sizeof(buf), 0); // 接收客户端发送的数据
…… // 服务端进行数据处理
send(cfd, buf, sizeof(buf), 0); // 将处理结果返回给客户端
close(cfd); // 关闭客户端Socket
“`
四、Socket通信的优化技巧
Socket通信在实现过程中，需要考虑性能、并发、可靠性等因素，下面介绍几个常用的Socket通信优化技巧。
4.1、多线程/多进程
通过多线程或多进程的方式，可以提高Socket通信的并发度，同时提高服务器的性能。不过，需要注意线程和进程之间的同步和数据共享的问题，避免出现数据冲突和安全问题。
4.2、非阻塞模式
通过设置Socket为非阻塞模式，可以避免服务器因为某一个客户端阻塞而无法响应其他客户端请求的情况。使用非阻塞模式时，服务器需要定时检查所有客户端的状态，避免因为某一个客户端的问题，导致整个服务器崩溃。
4.3、TCP_NODELAY选项
通过设置TCP_NODELAY选项，可以优化TCP协议的数据传输性能。TCP_NODELAY选项可以禁用Naggle算法，立即发送数据，提高TCP协议的响应速度和传输效率。
4.4、SO_REUSEADDR选项
在服务器重启时，如果之前绑定的Socket端口号还没有作系统收回，那么可能会造成服务器无法启动的情况。通过设置SO_REUSEADDR选项，可以避免这种问题的出现。
Socket通信技术是网络编程的核心知识之一，它可以用于实现网络通信、并发编程、分布式计算等多种应用场景。在实现Socket通信时，需要了解Socket的基础知识、应用场景、实现方法以及相关的优化技巧，才能更好地开发高性能、高可靠性的应用程序。
相关问题拓展阅读：
请问linux怎么增大socket连接上限？
增大Linux的socket更大连接数 最近接的项目是模拟多个socket 客户端与服务器进行通信。由于Linux 系统的限制，在linux/include/linux/posix_types.h文件中有如下的宏定义：#undef __FD_SETSIZE#define __FD_SETSIZE 1024这个宏启灶是对更大文件描述符的定义为1024。当需要1024个以上的fd时，例如select()函数就会侦听出错。因此需要将1024改成需要的数目，但最多不能超过65535。但仅仅修改这个是不够的。第二步就需要修改一个进程更大打开的文件数。其具体步骤是：1、cd /usr/src/linux-2.4/include/linux2、vi limits.h 编辑文件：#define NR_OPEN原值为1024#define OPEN_MAX原值为10243、vi fs.h#define INR_OPEN原值为1024#define NR_FILE原值为8192，这个值为内存64/1M的比率计算，1G内存计算为:64*1024#define NR_RESERVED_FILES 128 原值为10.4、cd /usr/肢茄src/linux-2.4/include/net5、vi tcp.h#define TCP_LHTABLE_SIZE 128 原值为32.便于listen侦听队列，设大。设置更大打开文件数与内存相关，太大系统会变慢。第三步就是编译内核，其具体步骤是： 1. make clean2. make3. make dep4. make bzImage将bzImage 导入/boot 重启系统即可!用1024个历旁察以上客户端与服务器进行连接，在服务器的终端用netstat |wc 命令可以统计出当前建立的socket的连接数。
1、修改用户进程可打开文件数限制
在Linux平台上，无论编写客户端程序还是服务端程序，在进行高并发TCP连慎游接处理时，
更高的并发数量都要受到系统对用户单一进程同时可打开文件数量的限制(这是因为系统
为每个TCP连接都要创建一个socket句柄，每个socket句柄同时也是一个文件句柄)。
可使用ulimit命令查看系统允许当前用户进程打开的文件数限制：
$ ulimit -n
1024
这表示当前用户的每个进程最多允许同时打开1024个文件，这1024个文件中还得除去
每个进程必然打开的标准输入，标准输出，标准错误，服务器监听 socket，
进程间通讯的unix域socket等文件，那么剩下的可用于客户端socket连接的文件数就
只有大概=1014个左右。也就是说缺省情况下，基于Linux的通讯程序最多允许
同时1014个TCP并发连接。
对于想支持更高数量的TCP并发连接的通讯处理程序，就必须修改Linux对当前用户的
进程同时打开的文件数量的软限制(soft limit)和硬限制(hardlimit)。其中软限制
是指Linux在当前系统能够承受的范围内进一步限制用户同时打开的文件数；硬限制
则是根据系统硬件资源状况(主要是系统内存)计算出来的系统最多可同时打开的文件数量。
通常软限制小于或等于硬限制。
修改上述限制的最简单的办法就是使用ulimit命令：
$ ulimit -n
上述命令中，在中指定要设置的单一进程允许打开的更大文件数。如果系统回显
类似于“Operation notpermitted”之类的话，说明上述限制修改失败，实际上是
因为在中指定的数值超过了Linux系统对该用户打开文件数的软限制或硬限制。
因此，就需要修改Linux系统对用户的关于打开文件数的软限制和硬限制。
之一步，修改/etc/security/limits.conf文件，在文件中添加如下行：
speng soft nofile 10240
speng hard nofile 10240
其中speng指定了要修改哪个用户的打开文件数限制，可用’*’号表示修改所有用户的限制；
soft或hard指定要修改软限制还是硬限制；10240则指定了想要修改的新的限制值，
即更大打开文件数(请注意软限制值要小于或等于硬限制)。修改完后保存文件。
第二步，修改/etc/pam.d/login文件，在文件中添加如下行：
session required /lib/security/pam_limits.so
这是告诉Linux在用户完成系统登录后，应该调用pam_limits.so模块来设置系统对
该用户可使用的各种资源数量的更大限制(包括用户可打开的更大文件数限制)，
而pam_limits.so模块就会从/etc/security/limits.conf文件中读取配置来设置这些限制值。
修改完后保存此文件。
第三步，查看Linux系统级的更大打开文件数限制，使用如下命令：
$ cat /proc/sys/fs/file-max
12158
这表明这台Linux系统最多允许同时打开(即包含所有用户打开文件数总和)12158个文件，
是Linux系统级硬限制，所有用户级的打开文件数限制都不应超过这个数值。通常这个系统级
硬限制是Linux系统在启动时根据系统硬件资源状况计算出来的更佳的更大同时打开文件数限制，
如果没有特殊需要，不应该修改此限制，除非想为用户级打开文件数限制设置超过此限制的值。
修改此硬限制的方法是修改/etc/rc.local脚本，在脚本中添加如下行：
echo> /proc/sys/fs/file-max
这是让Linux在启动完成后强行将系统级打开文件数硬限制设置为22158。修改完后保存此文件。
完成上述步骤后重启系统，一般情况下就可以明孝巧将Linux系统对指定用户的单一进程允许同时
打开的更大文件数限制设为指定的数值。如果重启后用 ulimit-n命令查看用户可打开文件数限制
仍然低于上述步骤中设置的更大值，这可激键能是因为在用户登录脚本/etc/profile中使用ulimit -n命令
已经将用户可同时打开的文件数做了限制。由于通过ulimit-n修改系统对用户可同时打开文件的
更大数限制时，新修改的值只能小于或等于上次 ulimit-n设置的值，因此想用此命令增大这个
限制值是不可能的。
所以，如果有上述问题存在，就只能去打开/etc/profile脚本文件，
在文件中查找是否使用了ulimit-n限制了用户可同时打开的更大文件数量，如果找到，
则删除这行命令，或者将其设置的值改为合适的值，然后保存文件，用户退出并重新登录系统即可。
通过上述步骤，就为支持高并发TCP连接处理的通讯处理程序解除关于打开文件数量方面的系统限制。
2、修改网络内核对TCP连接的有关限制
在Linux上编写支持高并发TCP连接的客户端通讯处理程序时，有时会发现尽管已经解除了系统
对用户同时打开文件数的限制，但仍会出现并发TCP连接数增加到一定数量时，再也无法成功
建立新的TCP连接的现象。出现这种现在的原因有多种。
之一种原因可能是因为Linux网络内核对本地
端口号
范围有限制。此时，进一步分析为什么无法
建立TCP连接，会发现问题出在connect()调用返回失败，查看系统错误提示消息是“Can’t assign requestedaddress”。同时，如果在此时用tcpdump工具监视网络，会发现根本没有TCP连接时客户端
发SYN包的网络流量。这些情况说明问题在于本地Linux系统内核中有限制。
其实，问题的根本原因
在于
Linux内核
的TCP/IP协议实现模块对系统中所有的客户端TCP连接对应的本地端口号的范围
进行了限制(例如，内核限制本地端口号的范围为1024~32768之间)。当系统中某一时刻同时
存在太多的TCP客户端连接时，由于每个TCP客户端连接都要占用一个唯一的本地端口号
(此端口号在系统的本地端口号范围限制中)，如果现有的TCP客户端连接已将所有的本地端口号占满，
则此时就无法为新的TCP客户端连接分配一个本地端口号了，因此系统会在这种情况下在connect()
调用中返回失败，并将错误提示消息设为“Can’t assignrequested address”。
有关这些控制
逻辑可以查看Linux内核源代码，以linux2.6内核为例，可以查看tcp_ipv4.c文件中如下函数：
static int tcp_v4_hash_connect(struct sock *sk)
请注意上述函数中对变量sysctl_local_port_range的访问控制。变量sysctl_local_port_range
的初始化则是在tcp.c文件中的如下函数中设置：
void __init tcp_init(void)
内核编译时默认设置的本地端口号范围可能太小，因此需要修改此本地端口范围限制。
之一步，修改/etc/sysctl.conf文件，在文件中添加如下行：
net.ipv4.ip_local_port_range =
这表明将系统对本地端口范围限制设置为1024~65000之间。请注意，本地端口范围的最小值
必须大于或等于1024；而端口范围的更大值则应小于或等于65535。修改完后保存此文件。
第二步，执行sysctl命令：
$ sysctl -p
如果系统没有错误提示，就表明新的本地端口范围设置成功。如果按上述端口范围进行设置，
则理论上单独一个进程最多可以同时建立60000多个TCP客户端连接。
第二种无法建立TCP连接的原因可能是因为Linux网络内核的IP_TABLE防火墙对更大跟踪的TCP
连接数有限制。此时程序会表现为在 connect()调用中阻塞，如同死机，如果用tcpdump工具监视网络，
也会发现根本没有TCP连接时客户端发SYN包的网络流量。由于 IP_TABLE防火墙在内核中会对
每个TCP连接的状态进行跟踪，跟踪信息将会放在位于内核内存中的conntrackdatabase中，
这个数据库的大小有限，当系统中存在过多的TCP连接时，数据库容量不足，IP_TABLE无法为
新的TCP连接建立跟踪信息，于是表现为在connect()调用中阻塞。此时就必须修改内核对更大跟踪
的TCP连接数的限制，方法同修改内核对本地端口号范围的限制是类似的：
之一步，修改/etc/sysctl.conf文件，在文件中添加如下行：
net.ipv4.ip_conntrack_max = 10240
这表明将系统对更大跟踪的TCP连接数限制设置为10240。请注意，此限制值要尽量小，
以节省对内核内存的占用。
第二步，执行sysctl命令：
$ sysctl -p
如果系统没有错误提示，就表明系统对新的更大跟踪的TCP连接数限制修改成功。
如果按上述参数进行设置，则理论上单独一个进程最多可以同时建立10000多个TCP客户端连接。
3、使用支持高并发网络I/O的编程技术
在Linux上编写高并发TCP连接
应用程序
时，必须使用合适的网络I/O技术和I/O事件分派机制。
可用的I/O技术有同步I/O，非阻塞式同步I/O(也称反应式I/O)，以及异步I/O。在高TCP并发的情形下，
如果使用同步I/O，这会严重阻塞程序的运转，除非为每个TCP连接的I/O创建一个线程。
但是，过多的线程又会因系统对线程的调度造成巨大开销。因此，在高TCP并发的情形下使用
同步 I/O是不可取的，这时可以考虑使用非阻塞式同步I/O或异步I/O。非阻塞式同步I/O的技术包括使用select()，poll()，epoll等机制。异步I/O的技术就是使用AIO。
从I/O事件分派机制来看，使用select()是不合适的，因为它所支持的并发连接数有限(通常在1024个以内)。
如果考虑性能，poll()也是不合适的，尽管它可以支持的较高的TCP并发数，但是由于其采用
“轮询”机制，当并发数较高时，其运行效率相当低，并可能存在I/O事件分派不均，导致部分TCP
连接上的I/O出现“饥饿”现象。而如果使用epoll或AIO，则没有上述问题(早期Linux内核的AIO技术
实现是通过在内核中为每个 I/O请求创建一个线程来实现的，这种实现机制在高并发TCP连接的情形下
使用其实也有严重的性能问题。但在最新的Linux内核中，AIO的实现已经得到改进)。
综上所述，在开发支持高并发TCP连接的Linux应用程序时，应尽量使用epoll或AIO技术来实现并发的
TCP连接上的I/O控制，这将为提升程序对高并发TCP连接的支持提供有效的I/O保证。
内核参数sysctl.conf的优化
/etc/sysctl.conf 是用来控制linux网络的配置文件，对于依赖网络的程序（如web服务器和cache服务器）
非常重要，RHEL默认提供的更好调整。
推荐配置（把原/etc/sysctl.conf内容清掉，把下面内容复制进去）：
net.ipv4.ip_local_port_range =
net.core.rmem_max=
net.core.wmem_max=
net.ipv4.tcp_rmem=77216
net.ipv4.tcp_wmem=77216
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 10
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1
net.ipv4.tcp_timestamps = 0
net.ipv4.tcp_window_scaling = 0
net.ipv4.tcp_sack = 0
net.core.netdev_max_backlog = 30000
net.ipv4.tcp_no_metrics_save=1
net.core.somaxconn =
net.ipv4.tcp_syncookies = 0
net.ipv4.tcp_max_orphans =
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog =
net.ipv4.tcp_synack_retries = 2
net.ipv4.tcp_syn_retries = 2
这个配置参考于cache服务器varnish的推荐配置和SunOne 服务器系统优化的推荐配置。
varnish调优推荐配置的地址为：
不过varnish推荐的配置是有问题的，实际运行表明“net.ipv4.tcp_fin_timeout = 3”的配置
会导致页面经常打不开；并且当网友使用的是IE6浏览器时，访问网站一段时间后，所有网页都会
打不开，重启浏览器后正常。可能是国外的网速快吧，我们国情决定需要
调整“net.ipv4.tcp_fin_timeout = 10”，在10s的情况下，一切正常（实际运行结论）。
修改完毕后，执行：
/in/sysctl -p /etc/sysctl.conf
/in/sysctl -w net.ipv4.route.flush=1
命令生效。为了保险起见，也可以reboot系统。
调整文件数：
linux系统优化完网络必须调高系统允许打开的文件数才能支持大的并发，默认1024是远远不够的。
执行命令：
Shell代码
echo ulimit -HSn>> /etc/rc.local
echo ulimit -HSn>>/root/.bash_profile
socket linux的介绍就聊到这里吧，感谢你花时间阅读本站内容，更多关于socket linux,Linux中的Socket通信技术,请问linux怎么增大socket连接上限？的信息别忘了在本站进行查找喔。
