C++ 网络编程

一、Reactor 网络编程模型

• reactor 是一个事件处理模型。
• 网络处理：因为用户层并不知道 IO 什么时候就绪，所以将对 IO 的处理转化为对事件的处理。
• 网络模型构成：
  • 非阻塞 IO：操作 IO，如果 IO 未就绪，IO 函数会立刻返回。
  • IO 多路复用：检测多路 IO 是否就绪。
• 工作流程：
  • 注册事件：
    • accept：listenfd 注册读事件，如果读事件被触发了，说明 IO 就绪了，有新的客户端跟我们建立连接，那么处理事件的时候就可以直接调用 accept()。
    • connect：服务器作为客户端去连接 MySQL，connectfd 注册写事件，如果写事件被触发了，说明连接建立成功了。
    • read：clientfd 注册读事件，如果读事件被触发了，说明读缓冲区中有数据了（客户端发送数据了），我们再调用 read() 去读缓冲区中读数据。accept 返回 clientfd。
    • write：clientfd 注册写事件，如果写事件被触发了，说明写缓冲区中有空间可以写数据，我们再调用 write() 往写缓冲区中写数据。
    • 被动断开连接：clientfd 注册读 / 写事件，read = 0 可以判断连接已经断开了，write = -1 && errno = EPIPE 也可以判断连接已经断开了。
  • 处理事件：事件触发后，说明 IO 就绪了，处理相对应的 IO。
• 封装流程：
  • 事件对象：http_conn 连接、listenfd、不同事件的回调函数。
  • 事件控制接口：注册事件接口、注销事件接口。
  • 事件循环：不断检测并发就绪的事件。

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二、Reactor 和 Proactor 的区别

• 本质区别：IO 操作不同，reactor 中先检测 IO 是否就绪，然后再操作 IO；proactor 只需要投递请求，所有 IO 操作由内核完成。
• reactor 是同步 IO 网络模型。
  • 具体 IO 操作通过非阻塞 IO 来完成。
  • 具体 IO 是否就绪，由 IO 多路复用来完成。
• proactor 是异步 IO 网络模型。
  • 具体 IO 检测和 IO 操作都由内核完成。
• 同步 IO 和 异步 IO 的区别：
  • 同步 IO：IO 函数调用后，立刻能获知 IO 操作的结果。
  • 异步 IO：异步 IO 函数调用后，不能获知 IO 操作的结果，此时 IO 操作都由内核完成。
• 阻塞 IO 和 非阻塞 IO 的区别：
  • 当 IO 未就绪时，IO 函数是否立刻返回：立刻返回是非阻塞 IO；阻塞等待是阻塞 IO。
  • 由 IO 函数的第一个参数，也就是具体的 fd 来决定，默认情况下，fd 是阻塞的，可修改为非阻塞。
• IOCP：
  • CreateIoCompletionPort：创建一个完成端口。
  • 创建 socket、bind、listen，将该 socket 绑定到完成端口上。
  • 根据 CPU 核心数创建工作线程，将完成端口传递到工作线程。
    • 工作线程调用 GetQueuedCompletionStatus 等待 IO 完成。
    • 处理业务逻辑（界定数据包）。
  • 投递 IO 请求 AcceptEx、RecvEx、SendEx 到完成端口上。

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三、连接断开有几种判定方式

• 服务器主动断开：主动调用 close()。
• 服务器被动断开：
  • 客户端主动调用
    • close()：关闭读端和写端。
    • shutdown()：关闭读端或写端，或都关闭。
  • 客户端直接退出。
• IO 网络模型：
  • read = 0：读端关闭。（recv 第四个参数为 0 的时候和 read 等价）
  • write = -1 && errno = EPIPE：写端关闭。

• IO 多路复用模型：
  • EPOLLRDHUP：读端关闭。
  • EPOLLHUP：读写端都关闭。
• reactor 网络模型：
  • 非阻塞 IO 可以用 IO 网络模型来判断连接是否断开。
  • 也可以通过 IO 多路复用模型来判断连接是否断开。
• proactor 网络模型：

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四、接收客户端连接有几种方式

• 前提：服务端已经创建了 socket，且该 socket 绑定在某个地址上（bind），且该 socket 已经监听（listen）。
• 阻塞的 IO 网络模型：
  • 获知连接的唯一文件描述符。
  • 获知连接的 IP 地址。
  • 以阻塞线程的方式实现接收连接。

  int clientfd = accept(socket, &addr, sizeof(addr));
  

• 非阻塞的 IO 网络模型：
  • 如果接收到，就跟阻塞的 IO 表现一样。
  • 如果没有接收到，clientfd = -1，errno 为 EWOULDBLOCK。
  • 尝试一次接收连接。

  int clientfd = accept(socket, &addr, sizeof(addr));
  

• reactor 网络模型：
  • 需要把 listenfd 注册它的读事件。
  • 如果在事件循环中检测到 listenfd 的读事件，说明连接建立的 IO 已经就绪。
  • 此时调用非阻塞 IO accept 函数，将得到连接的 clientfd 和 IP 地址。
  • 把接收连接抽象成一个事件。
• proactor 网络模型：
  • 投递 accept 请求：调用 AcceptEx 函数，传递一个重叠结构。
  • 在工作线程中调用 GetQueueCompletionStatus 获取 IO 完成的结果。
  • 如果有 IO 完成的事件，通过上面的函数可以获取重叠结构，从而知道具体是什么请求。
  • proactor 是异步 IO 处理