linux一切皆文件之tcp socket描述符（三）

一、知識準備

1、在linux中，一切皆為文件，所有不同種類的類型都被抽象成文件（比如：塊設備，socket套接字，pipe隊列）
2、操作這些不同的類型就像操作文件一樣，比如增刪改查等


二、環(huán)境準備

組件 版本
OS CentOS Linux release 7.5.1804


三、tcp socket 文件描述符

● 當我們建立一條TCP連接時，在linux操作系統(tǒng)中會創(chuàng)建一個socket文件描述符
● 通過文件描述符就能找到socket的幾本信息，比如TCP四元組（client-ip:client-port --> server-ip:server-port）

先準備2個腳本：
server.py主要用于建立客戶端的連接請求，并且接收客戶端傳來的數(shù)據(jù)，然后將收到的數(shù)據(jù)回傳給客戶端
client.py每隔1秒向服務端發(fā)送一次'hello world'

server.py

import socket

server_addr = ('127.0.0.1' , 22222)
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock.bind(server_addr)
sock.listen(5)

while True:
    conn, clientAddr = sock.accept()
    while True:
        data = conn.recv(100)
        conn.sendall(data)
        
sock.close()

client.py

import socket
import time

server_addr = ('127.0.0.1' , 22222)

sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock.connect(server_addr)

while True:
    message = 'hello world!'
    sock.send(message)
    sock.recv(100)
    time.sleep(1)

sock.close()


分別啟動server.py與client.py

[root@localhost ~]# python /tmp/server.py  &
[1] 14199
[root@localhost ~]# python /tmp/client.py  &
[2] 14202

查看server.py打開的文件描述符

[root@localhost ~]# ls -l /proc/14199/fd
total 0
lrwx------ 1 root root 64 Nov  7 07:42 0 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 root root 64 Nov  7 07:42 1 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 root root 64 Nov  7 07:42 2 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 root root 64 Nov  7 07:42 3 -> socket:[99154]
lrwx------ 1 root root 64 Nov  7 07:42 4 -> socket:[99155]
[root@localhost ~]# lsof -n | grep -E '99154|99155'
python    14199         root    3u     IPv4              99154       0t0        TCP 127.0.0.1:22222 (LISTEN)
python    14199         root    4u     IPv4              99155       0t0        TCP 127.0.0.1:22222->127.0.0.1:56946 (ESTABLISHED)

我們主要關注ESTABLISHED狀態(tài)的socket描述符，也就是4 -> socket:[99155]

[root@localhost fd]# more /proc/net/tcp
  sl  local_address rem_address   st tx_queue rx_queue tr tm->when retrnsmt   uid  timeout inode
  ...
   4: 0100007F:56CE 0100007F:DE72 01 00000000:00000000 00:00000000 00000000     0        0 99155 1 ffff90d8bb0145c0 20 4 31 10 -1

進程打開了tcp socket 描述符4 -> socket:[99155]，socket描述符指向內存中的socket結構體，該結構體詳細描述了這個socket的詳細信息

最重要的是TCP四元組（local_ip:local_port --> remote_ip:remote_port），拆分轉換成10進制

0100007F:56CE

[root@localhost ~]# ((d=0x01))
[root@localhost ~]# ((c=0x00))
[root@localhost ~]# ((b=0x00))
[root@localhost ~]# ((a=0x7F))
[root@localhost ~]# ((e=0x56CE))
[root@localhost ~]# echo "$a.$b.$c.$d:$e"
127.0.0.1:22222

0100007F:DE72

[root@localhost ~]# ((d=0x01))
[root@localhost ~]# ((c=0x00))
[root@localhost ~]# ((b=0x00))
[root@localhost ~]# ((a=0x7F))
[root@localhost ~]# ((e=0xDE72))
[root@localhost ~]# echo "$a.$b.$c.$d:$e"
127.0.0.1:56946

在/proc/net/tcp包含了tcp連接的重要狀態(tài)信息：
00000000:00000000 ： 發(fā)送隊列與接收隊列 （正數(shù)第四個字段）
-1 ： 慢啟動門限 （倒數(shù)第一個字段）
10 ： 擁塞窗口 （倒數(shù)第二個字段）

這里面還有很多描述：比如慢啟動門限、傳輸隊列以及接收隊列、窗口探查等TCP相關的重要參數(shù)都可以查詢到，具體的大家可以去看下《TCP/IP詳解卷》

client.py也存在同樣的行為：

[root@localhost ~]# ls -l /proc/14202/fd
total 0
lrwx------ 1 root root 64 Nov 19 04:43 0 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 root root 64 Nov 19 04:43 1 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 root root 64 Nov 19 04:43 2 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 root root 64 Nov 19 04:43 3 -> socket:[28728]
[root@localhost ~]# lsof -n | grep 28728
python    14202         root    3u     IPv4              28728       0t0        TCP 127.0.0.1:56946->127.0.0.1:22222 (ESTABLISHED)

[root@localhost fd]# more /proc/net/tcp
  sl  local_address rem_address   st tx_queue rx_queue tr tm->when retrnsmt   uid  timeout inode
  ...
3: 0100007F:C31A 0100007F:DE72 01 00000000:00000000 00:00000000 00000000     0        0 28728 3 ffff8a74ba1a0f80 20 4 30 10 -1

0100007F:56CE

[root@localhost ~]# ((d=0x01))
[root@localhost ~]# ((c=0x00))
[root@localhost ~]# ((b=0x00))
[root@localhost ~]# ((a=0x7F))
[root@localhost ~]# ((e=0x56CE))
[root@localhost ~]# echo "$a.$b.$c.$d:$e"
127.0.0.1:22222

0100007F:DE72

[root@localhost ~]# ((d=0x01))
[root@localhost ~]# ((c=0x00))
[root@localhost ~]# ((b=0x00))
[root@localhost ~]# ((a=0x7F))
[root@localhost ~]# ((e=0xDE72))
[root@localhost ~]# echo "$a.$b.$c.$d:$e"
127.0.0.1:56946

總結一下：
● server.py與client.py各自打開tcp socket 描述符，該描述符指向內存中的socket結構體
● socket結構體描述了關于TCP的所有信息，其中通過TCP 4元組找到對端的通信節(jié)點
● socket將用戶數(shù)據(jù)以及自身結構數(shù)據(jù)封裝完成之后會交給底層的TCP協(xié)議，然后是IP協(xié)議、鏈路層信息，最后通過物理鏈路到達對端
● 對端也會依次解包，直至將發(fā)送端數(shù)據(jù)寫入到指定的內存當中，最終由應用程序讀取（本文中的server.py或client.py）

                        client.py                         server.py
                        +---------------+                 +---------------+
                        |pid:14202      |                 |pid:14199      |
                        |    +-----+    |                 |    +-----+    |
                        |    |fd:3 |    |                 |    |fd:4 |    |
                        |    +-----+    |                 |    +-----+    |
                        +---------------+                 +---------------+
                                |                                 |
             user space         |                                 |
             +---------------------------------------------------------------------+
             kernel space       |                                 |
                                |                                 |
                                v                                 v
                         +------+-------+                  +------+-------+
                         |socket:[28728]|                  |socket:[99155]|
                         +------+-------+                  +------+-------+
                                |                                 |
                                |                                 |
                                v                                 v
                           +----+----+                       +----+----+
                           | socket  |                       | socket  |
                           +----+----+                       +----+----+
                                |                                 |
                                |                                 |
                                v                                 v
                               ++---------------------------------+-
                               |                tcp                |
                               +------------------------------------


四、小結

● TCP連接中最重要的是TCP四元組，而進程打開TCP socket描述符可以找到四元組信息，從而確定雙方的IP和port
● 通過socket文件描述符可以找到內存中的socket結構體，獲取到TCP連接的詳細信息，包括必備四元組、文件的inode、時間、出隊入隊狀態(tài)等等
● 1個進程可以創(chuàng)建多個TCP連接，也就是創(chuàng)建多個socket文件描述符，這由該進程能夠打開的文件數(shù)量限制（ulimit -n）

五、參考資料

http://www.cs.colostate.edu/~gersch/cs457/CS457_tutorial2.pdf
https://gist.github.com/jkstill/5095725


至此，本文結束
在下才疏學淺，有撒湯漏水的，請各位不吝賜教...

?著作權歸作者所有,轉載或內容合作請聯(lián)系作者
【社區(qū)內容提示】社區(qū)部分內容疑似由AI輔助生成，瀏覽時請結合常識與多方信息審慎甄別。
平臺聲明：文章內容（如有圖片或視頻亦包括在內）由作者上傳并發(fā)布，文章內容僅代表作者本人觀點，簡書系信息發(fā)布平臺，僅提供信息存儲服務。
禁止轉載，如需轉載請通過簡信或評論聯(lián)系作者。

相關閱讀更多精彩內容

  • 一、知識準備 1、在linux中，一切皆為文件，所有不同種類的類型都被抽象成文件（比如：塊設備，socket套接字...
    wilsonchai閱讀 1,264評論 0贊 2
  • 網(wǎng)絡編程 一.楔子 你現(xiàn)在已經(jīng)學會了寫python代碼，假如你寫了兩個python文件a.py和b.py，分別去運...
    go以恒閱讀 2,246評論 0贊 6
  • 大綱 一.Socket簡介 二.BSD Socket編程準備 1.地址 2.端口 3.網(wǎng)絡字節(jié)序 4.半相關與全相...
    VD2012閱讀 2,700評論 0贊 5
  • 1、TCP狀態(tài)linux查看tcp的狀態(tài)命令：1）、netstat -nat 查看TCP各個狀態(tài)的數(shù)量2）、lso...
    北辰青閱讀 9,719評論 0贊 11
  • 每個人的生命都像一朵花，盡管不可能是完美無缺的一朵花。也就是說生活中的人們，有優(yōu)點，有缺點，有弱點。 我們的優(yōu)點，...
    walker小凱閱讀 1,159評論 0贊 0

友情鏈接更多精彩內容