网络编程超时检测，unix域套接字，粘包

刷题：

|---|---------------------------------------------|
| | # 超时检测核心要点 |
| | |
| | ## 1. 基本类型 |
| | ### 阻塞模式 |
| | - 永久等待数据，无超时机制 |
| | - 典型函数：`recv()`阻塞调用 |
| | |
| | ### 非阻塞模式 |
| | - 立即返回结果（成功/错误） |
| | - 设置方式：`fcntl(fd, F_SETFL, O_NONBLOCK)``` | | | | | | `### 超时检测` | | | `- 设置等待阈值，超时返回错误` | | | `- 应用场景：网络请求、心跳包` | | | | | | `---` | | | | | | `## 2. 超时检测函数` | | | `### select函数` | | | - 参数：struct timeval设置秒和微秒`` |
| | - 示例： |
| | ```````c```` |
| | struct timeval tm = {3, 0}; |
| | if (select(..., &tm) == 0) { /* 超时处理 */ } |

poll函数

• 参数：超时时间（毫秒）

• 示例：

  if (poll(fds, 10, 3000) == 0) { /* 超时处理 */ }

epoll_wait

• 参数：超时时间（毫秒）

• 示例：

  if (epoll_wait(epfd, events, 10, 3000) == 0) { /* 超时处理 */ }

setsockopt

• 设置收发超时：

  |---|---------------------------------------------------------------------------|
  | | struct timeval rcv_timeo = {3, 0}; |
  | | setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, &rcv_timeo, sizeof(rcv_timeo)); |

---

3. 心跳包机制

核心作用

• 维持长连接活跃状态
• 检测客户端存活（TCP/UDP均适用）

实现步骤

1. 客户端：周期发送空包（如每5秒）
2. 服务端 ：
   • 维护客户端列表（IP+Port+最后通信时间）
   • 定时任务检测超时（如60秒无响应判定离线）

数据结构

• 消息类型 ：

  enum type_t { CHAR, HEART }; // 区分业务包和心跳包

• 时间记录 ：

  |---|----------------------------|
  | | typedef struct timebuf { |
  | | unsigned int ip; |
  | | unsigned short port; |
  | | time_t tm; // 最后通信时间戳 |
  | | } timebuf_t; |

---

4. 信号处理

alarm函数

• 周期性触发信号（如每5秒）

• 示例：

  |---|-----------------------------|
  | | signal(SIGALRM, handler); |
  | | alarm(5); |

sigaction配置

• 关闭自重启属性 ：

  |---|--------------------------------------------|
  | | struct sigaction act; |
  | | sigaction(SIGALRM, NULL, &act); // 获取原属性 |
  | | act.sa_flags &= ~SA_RESTART; // 关闭自重启 |
  | | sigaction(SIGALRM, &act, NULL); // 设置新属性 |

• 超时中断处理 ：

  |---|------------------------------------|
  | | void handler(int sig) { |
  | | printf("超时中断！"); |
  | | // 中断阻塞操作（如recv返回-1，errno=EINTR） |
  | | } |

---

5. 代码实现示例

TCP服务端超时检测

• 关键步骤：
  1. 创建socket并绑定监听
  2. 使用alarm设置超时信号
  3. 在recv中捕获超时错误（errno == EINTR）

UDP心跳包服务端

• 核心逻辑：

  |---|------------------------------------------------|
  | | while (1) { |
  | | ret = recvfrom(sockfd, &buf, ..., &cliaddr); |
  | | if (ret > 0) { |
  | | update_time(cliaddr); // 更新时间戳 |
  | | if (buf.type == HEART) continue; // 心跳包不处理业务 |
  | | } |
  | | } |

  

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| | # UNIX域套接字核心要点 |
| | |
| | ## 1. 基本概念 |
| | ### 本地通信机制 |
| | - 通过文件路径而非网络地址通信 |
| | - 适用场景：高效本地进程间通信 |
| | - 文件类型：`s`类型套接字文件 |
| | |
| | ### 与网络套接字对比 |
| | - **网络通信**：自动填充客户端IP+Port |
| | - **域套接字**：需手动绑定路径实现双向通信 |
| | |
| | --- |
| | |
| | ## 2. TCP域套接字 |
| | ### 服务端流程 |
| | 1. **创建套接字**： |
| | ```````c```` |
| | socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0) |

1. 绑定路径 ：

   |---|-----------------------------------------------------|
   | | struct sockaddr_un addr = {.sun_family=AF_UNIX}; |
   | | strcpy(addr.sun_path, "./unix_socket"); |
   | | bind(sfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)); |

2. 监听连接 ：

   listen(sfd, 5);

3. 接受连接 ：

   accept(sfd, NULL, NULL); // 忽略客户端路径

客户端流程

1. 创建套接字：同服务端

2. 连接服务端 ：

   connect(cfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr));

关键函数

• access()：检查文件存在性
• unlink()：删除旧套接字文件避免绑定失败

---

3. UDP域套接字

服务端实现

1. 绑定路径 ：必须显式绑定

   bind(sfd, "./server_socket");

2. 接收消息 ：

   recvfrom(sfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr*)&cliaddr, &len);

3. 发送响应 ：需客户端路径

   sendto(sfd, buf, strlen(buf), 0, (struct sockaddr*)&cliaddr, len);

客户端实现

1. 必须绑定路径 ：否则服务端无法回复

   bind(cfd, "./client_socket");

2. 发送消息 ：

   sendto(cfd, buf, strlen(buf), 0, (struct sockaddr*)&server_addr, len);

---

4. 并发与优化

epoll模型应用

• 非阻塞设置 ：

  fcntl(fd, F_SETFL, O_NONBLOCK);

• 事件监听 ：

  epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &event);

• 边缘触发 ：

  event.events = EPOLLIN | EPOLLET;

文件管理

• 路径冲突处理 ：

  if (access("./socket_file", F_OK) == 0) unlink("./socket_file");

---

5. 数据结构

地址结构体

|---|--------------------------------------|
| | struct sockaddr_un { |
| | sa_family_t sun_family; // AF_UNIX |
| | char sun_path[108]; // 套接字文件路径 |
| | }; |

消息格式

|---|----------------------------------------|
| | typedef struct { |
| | enum { CHAR, HEART } type; // 数据类型标识 |
| | char text[128]; // 实际数据 |
| | } msgbuf_t; |

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| | # TCP粘包问题核心要点 |
| | |
| | ## 基本概念 |
| | ### 粘包现象定义 |
| | - 数据包在传输过程中发生粘连 |
| | - 表现为接收端无法区分原始数据边界 |
| | |
| | ### 发生场景 |
| | - TCP流式传输固有特性 |
| | - 发送/接收缓冲区大小不一致 |
| | - 网络传输延迟导致数据堆积 |
| | |
| | ## 核心成因 |
| | ### 协议特性 |
| | - TCP面向字节流的传输方式 |
| | - UDP数据报传输天然无粘包 |
| | |
| | ### 应用层因素 |
| | - 发送端数据写入过快 |
| | - 接收端读取不及时 |
| | - 数据包大小与缓冲区不匹配 |
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| | ## 解决方案设计 |
| | ### 数据封包协议 |
| | - 固定包头结构： |
| | ```````c```` |
| | typedef struct { |
| | uint32_t length; // 数据长度(网络字节序) |
| | char data[]; // 实际数据 |
| | } tcp_packet_t; |

• 包头校验机制(CRC32/MD5)

发送端实现

1. 数据分片预处理
2. 添加4字节长度头
3. 使用htonl转换字节序
4. 分次发送保证完整性

接收端实现

1. 先读取4字节包头
2. ntohl转换获得数据长度
3. 循环读取直到数据完整
4. 缓冲区动态扩容机制

代码实现关键点

服务器端核心逻辑

• 双重接收循环结构
• 非阻塞读取超时处理
• 数据完整性校验
• 异常断开检测机制

客户端核心逻辑

• 文件分块随机读取
• 内存预分配策略
• 数据分片发送保障
• 错误重传机制

性能优化方向

传输层优化

• 设置TCP_NODELAY选项
• 调整SO_SNDBUF/SO_RCVBUF

应用层优化

• 滑动窗口协议实现
• 双缓冲区分包处理
• 异步IO事件驱动模型

错误处理机制

常见异常场景

• 数据包长度校验失败
• 接收缓冲区溢出
• 网络传输中断
• 字节序转换错误

健壮性设计

• 心跳包维持连接
• 数据包重传请求
• 校验和验证机制
• 连接异常中断恢复