C++ 服务器编程开发

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Day 01

效率

开发效率：
C++11 -> auto、lambda、move
同步、异步、多线程、多进程…
运行效率

预备知识

  1. TCP/IP （网络编程都是此种协议）
    • TCP -> 传输控制协议
    • IP -> 网际协议
  2. Socket
  3. C++
    • 指针、引用、地址、循环、函数、类…
    • std::shared_ptr、std::thread、std::aync、decltype、std::future、right、reference
  4. 第三方库
    • BOOST

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// 反转链表
#include<algorithm>

using namespace std;
struct Node{
  int* next;
  int value;
}

void pirntNodeList(Node* n){
  while(n)
  {
  	cout << n->value << " ";
    n = n->next;
  }
  cout << "\n";
}

Node* reverseList(Node* node)
{
  
  return 0;
}

void quizOne()
{
  Node* n = 0;
  for(int i = 0; i<3; i++)
  {
    n->next = Node(i);
  }
}

IP网际协议详解

IP = Internet protocol suite

OSI模型（Open System Interconnection model）


注意: 七个层级，过于复杂。

IP模型

数据进入协议栈的封装


注意: Frame data 长度有要求，最小46字节，不足添0；最大1500个字节。

MTU（最大传输单元），当传输数据 > MTU时，则在IP层需要拆分成小包。

IP特点

  • 不可靠（unreliable）
  • 无连接（connectionless）

IP数据报格式首部字段


注意:【小小】 网络数据都是按照Big Endian【大端存储】传送的；家用操作系统都是Littele Endian数据存储。
Big_Small_Endian.jpg
思考题：

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static bool isLittleEndianSystem(){

}

TCP详解

TCP如何利用IP

  • IP的特点
  • TCP将应用程序的传输数据分割成合适的数据块
  • 定时器
  • 延迟确认
  • 检验和CRC
  • 流量控制

TCP首部


注意: IP首部20Byte，TCP首部20Byte，如需在网络传输，还需填充6Byte。

所谓的Socket , 即ip+port

ip 来自 IP首部
port 来自 TCP首部

  • Sequence Number 用于标记定时器对那一数据包计时。
  • Acknowlegment Number 与延迟确认有关 -> if ACK set
  • Checksum 与 检验和 有关
  • Data offset – 数据长度
  • URG -> 数据紧急标志位
  • ACK -> 数据确认标识位
  • PSH -> push
  • RST -> reset
  • SYN -> 建立时需要
  • FIN -> 结束

TCP状态

TPC状态变迁

蓝线–server；棕线–client；虚线–异常

TCP的连接（三次握手）

TCP连接的断开（四次握手）

1.为什么断开要四次握手？

全双工,两边都需要确认
主动断开方，会进入TIME_WAIT状态

TCP数据相互传送

  • 交互式(小数据)与成块的数据两种
  • 时间延迟确认
  • Nagle算法[小数据积攒后再发送](游戏开发一般关闭这个算法)
  • 接收窗口大小

TCP内部使用的定时器

  • 重传定时器
  • 坚持定时器(Persist)
  • 保活定时器(KeepAlive)<建议不开启>
  • 2MSL定时器(TIME_WAIT)

实战

Wireshark使用

需安装WinCap方能使用

筛选器

ip.addr==115.239.210.27 && ip.port==80

Socket API (Berkeley sockets, BSD Socket)

头文件

API函数


服务器和客户端的例子

TCP Socket 基本流程图

Code：

Server_main.cpp

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#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>

int main(int argc, char** argv)
{
  char hello[] = "hello world";
  struct sockaddr_in sa;
  int SocketFD = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

  if(-1 == SocketFD)
  {
    perror("cannot create socket");
    exit(EXIT_FAILURE);
  }

  memset(&sa, 0, sizeof sa);

  sa.sin_family = AF_INET;
  sa.sin_port = htons(2222);
  sa.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

  if(-1 == bind(SocketFD, (struct sockaddr*)&sa, sizeof sa))
  {
    perror("bind failed");
    close(SocketFD);
    exit(EXIT_FAILURE);
  }

  if(-1 == listen(SocketFD, 10))
  {
    perror("listen failed");
    close(SocketFD);
    exit(EXIT_FAILURE);
  }

  for(;;)
  {
    int ConnectFD = accept(SocketFD, NULL, NULL);

    if(0 > ConnectFD)
    {
      perror("accept failed");
      close(SocketFD);
      exit(EXIT_FAILURE);
    }

    int writeSize = 0;
    size_t totalWrite = 0;
    while(totalWrite < sizeof(hello))
    {
      writeSize = 
        write(ConnectFD, hello + totalWrite, sizeof(hello) - totalWrite);
      if(-1 == writeSize)
      {
        perror("write failed");
        close(ConnectFD);
        close(SocketFD);
        exit(EXIT_FAILURE);
      }
      totalWrite += writeSize;
    }

    if(-1 == shutdown(ConnectFD, SHUT_RDWR))
    {
      perror("shutdown failed");
      close(ConnectFD);
      close(SocketFD);
      exit(EXIT_FAILURE);
    }
    close(ConnectFD);
  }
  close(SocketFD);
  return EXIT_SUCCESS; 
}

Client_main.cpp

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#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>

int main(int argc, char** argv)
{
  struct sockaddr_in sa;
  int res;
  int SocketFD = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

  if(-1 == SocketFD)
  {
    perror("cannot create socket");
    exit(EXIT_FAILURE);
  }

  memset(&sa, 0, sizeof sa);

  sa.sin_family = AF_INET;
  sa.sin_port = htons(2222);
  res = inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &sa.sin_addr);

  if(-1 == connect(SocketFD, (struct sockaddr*)&sa, sizeof sa))
  {
    perror("connect failed");
    close(SocketFD);
    exit(EXIT_FAILURE);
  }

  char buffer[512];
  int totalRead = 0;
  for(;;)
  {
    int readSize = 0;
    readSize = read(SocketFD, buffer + totalRead, sizeof(buffer)-totalRead);
    if(readSize == 0)
    {
      break;
    }
    else if(readSize == -1)
    {
      perror("read failed");
      close(SocketFD);
      exit(EXIT_FAILURE);
    }
    totalRead += readSize;
  }
  buffer[totalRead] = 0;
  printf("get from server: %s\n",buffer);

  (void)shutdown(SocketFD, SHUT_RDWR);

  close(SocketFD);
  return EXIT_SUCCESS;
}
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