Socket的位置：
Socket是什么：
Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让socket去组织数据，以符合指定的协议。

如何使用：
前人已经给我们做了好多事了，网络间的通信也就简单了许多，但毕竟还是有很多工作要做的。以前听到socket编程，觉得它是比较高深的编程知识，但是只要弄清socket编程的工作原理，神秘的面纱也就揭开了。
一个生活中的场景。你要打电话给一个朋友，先拨号，朋友听到电话铃声后提起电话，这是你和你的朋友就建立了连接，就可以讲话了。等交流结束，挂断电话结束此次交谈。生活中的场景就解释了这个工作原理，也许TCP/IP协议族就是诞生于生活中。
先从服务器说起。服务器先初始化socket，然后与端口绑定(bind)，对端口进行监听(listen)，调用accept阻塞，等待客户端连接。在这时如果有个客户端初始化一个socket，然后连接服务器(connect)，如果连接成功，这时客户端与服务器的连接就建立了。客户端发送数据请求，服务器端接受请求并处理请求，然后把回应数据发送给客户端，客户端读取数据，最后关闭连接，一次交互结束。

1.网络中进程之间如何通信？
本地的进程通信(IPC)有很多种方式，但可以总结为下面4类：
：消息传递(管道、FIFO、消息队列)
：同步(互斥量、条件变量、读写锁、文件和写记录锁、信号量)
：共享内存(匿名的和具名的)
：远程过程调用(Solaris门和Sun RPC)

我们要讨论的是网络中进程之间如何通信，首先解决的问题是如何唯一标识一个进程，否则通信无从谈起。在本地可以通过进程PID来唯一标识一个进程，但是在网络中这行不通。其实TCP/IP协议族已经帮我们解决了这个问题，网络层的“ip地址”可以唯一标识网络中的主机，而传输层的“协议+端口”可以唯一标识主机中的应用程序(进程)。这样利用三元组(ip地址、协议、端口)就可以标识网络的进程了，网络中的进程通信就可以利用这个标志与其他进程进行交互。

使用TCP/IP协议的应用程序通常采用应用编程接口：UNIX BSD的套接字(socket)和UNIX System V的TLI(已被淘汰)，来实现网络进程之间的通信。就目前而言，几乎所有的应用程序都采用socket，而现在又是网络时代，网络中进程通信是无处不在，所以说“一切皆socket”。

2.什么是socket：
Socket起源于Unix，而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”，都可以用“打开open->读写write/read->关闭close”模式来操作。即socket是一种特殊的文件，一些socket函数就是对其进行的操作(读/写IO、打开、关闭)。

3.Socket的基本操作
既然socket是“open->write/read->close”模式的一种体现，那么socket就提供了这些操作对应的函数接口。下面以TCP为例，介绍socket的接口函数。

Int socket(int domain, int type, int protocol);。
Socket函数对应于普通文件的打开操作。普通文件的打开操作返回一个文件描述字，而socket()用于创建一个socket描述符(socket descriptor)，它唯一标识一个socket。这个socket描述字跟文件描述字一样，后续的操作都要用到它，把它作为参数，通过它来进行一些读写操作。
正如给fopen的传入不同参数值，以打开不同的文件。创建socket的时候，也可以指定不同的参数创建不同的socket描述符，socket函数的三个参数分别为：
Domain：协议域，又称为协议族。常用的协议族有：AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL(或称AF_UNIX，Unix域socket)、AF_ROUTE等等。协议族决定了socket的地址类型，在通信中必须采用对应的地址，如AF_INET决定要用Ipv4地址(32位)与端口(16位)的组合、AF_UNIX决定了要用一个绝对路径名作为地址。
Type：指定socket类型。常用的socket类型有：SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等等。
Protocol：指定协议。常用的协议有：IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等，他们分别对应TCP传输协议、UPD传输协议、SCTP传输协议、TIPC传输协议。
并不是上面的type和protocol可以随意组合，如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP组合。当protocol为0时，会自动选择type类型对应的默认协议。
当我们调用socket创建一个socket时，返回的socket描述字它存在于协议族空间中，但没有一个具体的地址。如果要给它赋值一个地址，就必须要调用bind()函数，否则就当调用connect()、listen()时系统会自动随机分配一个端口。

Int bind(int sockfd, const struct sockaddr addr, socklen_t addrlen);
正如上面所说bind()函数把一个地址族中的特定地址赋给socket。例如对应AF_INET、AF_INET6就是把一个ipv4或ipv6地址和端口号组合赋给socket.
Sockfd：即socket描述字，它是通过socket()函数创建，唯一标识一个socket。Bind()函数就是将这个描述子绑定一个名字。
Addr：一个const struct sockaddr指针，指向要绑定给sockfd的协议地址。这个地址结构根据地址创建socket时的地址协议族的不同而不同，
如ipv4对应的是：

Struct sockaddr_in
{Sa_family_t 	sin_family;In_port_t		sin_port;Struct in_addr sin_addr;
}Struct in_addr
{Uint32_t 	s_addr;
}

Ipv6对应的是：

Struct sockaddr_in6
{Sa_family_t	sin6_family;In_port_t 	sin6_port;Uint32_t		sin6_flowinfo;Struct in6_addr sin6_addr;Uint32_t		sin6_scope_id;
}
Struct in6_addr
{Unsigned char s6_addr[16]
}

Addrlen：对应的是地址的长度。
通常服务器在启动的时候都会绑定一个众所周知的地址(如ip地址+端口号)，用于提供服务，客户就可以通过它来连接服务器；而客户端就不用指定，由系统自动分配一个端口号和自身的ip地址组合。这就是为什么通常服务器端在listen之前会调用bind()，而客户端就不会调用，而是在connect()时由系统随机生成一个。Int listen(int sockfd, int backlog);
Int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
Listen函数的第一个参数即为要监听的socket描述字，第二个参数为相应socket可以排队的最大连接个数。Socket()函数创建的socket默认是一个主动类型的，listen函数将socket变为被动类型的，等待客户的连接请求。
Connect函数的第一个参数即为客户端的socket描述字，第二个参数为服务器的socket地址，第三个参数为socket地址的长度。客户端通过调用connect函数来建立与TCP服务器的连接。Int accept(int sockfd, sturct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
TCP服务器端一次调用socket()，bind()，listen()之后，就会监听指定的socket地址。TCP客户端一次调用socket()、connect()之后就向TCP服务器发送了一个连接请求。TCP服务器监听到这个请求之后，就会开始accept()函数去接受请求，这样连接就建立好了。之后就可以开始网络I/O操作了，即类同于普通文件的读写I/O操作。
Accept函数的第一个参数为服务器的socket描述字，第二个参数为指向struct sockaddr*的指针，用于返回客户端的协议地址，第三个参数为协议地址的长度。如果accept成功，那么其返回值是由内核自动生成的一个全新的描述字，代表与返回客户的TCP连接。
注意：accept的第一个参数为服务器的socket描述字，是服务器开始调用socket()函数生成的，称为监听socket描述字；而accept函数返回的是已连接的socket描述字。一个服务器通常仅仅只创建一个监听socket描述字，它在该服务器的生命期内一直存在。内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建了一个已连接socket描述字，当服务器完成了对某个客户的服务，相应的已连接socket描述字就被关闭。至此，服务器与客户已经建立好连接了。可以调用网络I/O进行读写操作了，实现网络中不同进程之间的通信。
Ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags);
Ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);
Sszie_t read(int fd, void *buf, size_t count);
Ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
Read函数是负责从fd中读取内容，当读成功时，read返回实际所读的字节数，如果返回的值是0表示已经读到文件的结束了，小于0表示出现错误。如果错误为EINTR说明读是由中断引起，如果是ECONNREST表示网络连接出了问题。
Write函数将buf中的nbytes字节写入文件描述符fd，成功时返回写的字节数，失败时返回-1，并设置errno变量。在网络程序中，当我们向套接字文件描述符写时有两种可能：write的返回值大于0，表示写了部分或者全部的数据；返回的值小于0，此时出现了错误，则需要根据错误类型来处理。如果错误为EINTR表示在写的时候出现了中断错误。如果为EPIPE表示网络连接出现了问题(对方已经关闭了连接)。Int close(int fd);	
Close一个TCP socket的缺省行为时把该socket标记为已关闭，然后立即返回到调用进程。该描述字不能再有调用进程使用，也就是不能再作为read或write的第一个参数。
注意：close操作只是使相应socket描述字的引用计数-1，只有当引用计数为0的时候，才会触发TCP客户端向服务器发送终止连接请求。

Socket中TCP的三次握手建立：
TCP建立连接要进行“三次握手”，即交换三个分组。大致流程如下：
:客户端向服务器发送一个 SYN J
:服务器向客户端响应一个 SYN K，并对SYN J进行确认ACK J+1
:客户端再向服务器发一个确认ACK K+1

从图中可以看出，当客户端调用connect时，触发了连接请求，向服务器发送SYN J包，这是connect进入阻塞状态；服务器监听到连接请求，即受到SYN J包，调用accept函数接收请求向客户端发送SYN K，ACK J+1，这时accept进入阻塞状态。客户端接收到服务器的SYN K, ACK J+1之后，这时connect返回，并对SYN K进行确认。服务器收到ACK K+1时，accept返回，至此三次握手完毕，连接建立。
总结：客户端的connect在三次握手的第二次返回，而服务器端的accept在第三次返回

Socket中TCP的四次握手释放连接

图示过程如下：
：某个应用进程首先调用close主动关闭连接，这时TCP发送一个FIN M;
：另一端接收到FIN M之后，执行被动关闭，对这个FIN进行确认。它的接收也作为文件结束符传递给应用进程，因为FIN的接收以为这应用进程在相应的连接上再也接收不到额外数据。
：一段时间后，接收到文件结束符的应用进程调用close关闭它的socket。这导致它的TCP也发送一个FIN N。
：接收到这个FIN的源发送端TCP对它进行确认
这样每个方向上都有一个FIN和ACK。