导图社区 网络程序设计
根据网络程序设计课程所学，简略画的思维导图，可能有疏漏
社区模板帮助中心，点此进入>>
互联网9大思维
产品立项报告
组织架构-单商户商城webAPP 思维导图。
域控上线
产品经理如何做好项目管理
python思维导图
经验分享：产品经理必懂的产品思维
产品诞生过程
产品周期图
css
网络程序设计
课程背景
掌握Linux下C/C++编程
熟悉TCP/IP协议基本原理
熟练掌握socket编程
掌握提高网络编程效率的手段
掌握网络软件模型及设计
客户服务模型基础
动机-解决汇聚点问题
同一时刻双方互发消息概率很低
通信的一方启动执行后一直等待对方的联系更加可靠
当有一方一直运行时，不必再增加TCP/IP复杂性，有效减轻了下层协议软件复杂性
概念
通信发起方向来区分
客户端：发起对等通信的应用程序
每次执行都与服务器练习
容易构建，往往不需要系统特权
属于常规的网络应用程序
服务器：等待接收客户通信请求的程序
接收客户通信请求
执行必要的操作
返回结构给客户
体系结构
服务器
总是打开的主机
具有固定的、众所周知的公网IP地址
主机群集常被用于创建强大的虚拟服务器
客户机
同服务器端通信
可以间断的同服务器连接
可以用于动态IP地址
客户机相互之间不直接通信
服务器特权和复杂性
服务器经常需要访问受操作系统保护的资源：需要系统特权
服务器不能把特权传递给使用服务的用户
服务器需要处理安全问题
鉴别
授权
数据安全
保密
保护
特权和并发导致了服务器软件的复杂性
socket编程基础
socket
IPv4套接口地址结构
通用地址结构
网络字节序
字节序
大端字节序
小端字节序
主机字节序
字节序转换函数
地址转换函数
套接字类型
TCP客户/服务器模型
回射客户/服务器
bind
listen
accept
服务器软件设计的算法和问题
简单算法
创建套接字
绑定到一个熟知端口
期望在这个端口上接收请求
进入循环，接收客户请求并应答
并发服务器和循环服务器
循环服务器：一个时刻只处理一个请求
并发服务器：一个时刻表面看起来可以处理多请求
无连接和面向连接的服务器访问
选择面向连接或者无连接的服务，依赖于应用程序的需求
面向连接
TCP是面向连接的
点到点通信
建立可靠连接
可靠交付
具有流控的传输
双工传输
流模式
优点
易于编程
自动处理分组丢失，分组失序
自动验证数据差错，处理连接状态
缺点
对每个连接都有一个单独的套接字，耗费更多资源
在空闲的连接上不发送任何分组
始终运行的服务器会因为客户的崩溃，导致无用套接字的过多而耗尽资源，终止运行
无连接的
UDP是无连接的
多对多通信
不可靠服务
缺乏流控制
报文模式
优点：没有资源耗尽问题
需要自己完成可靠通信问题
支持组播和广播的服务器必须是无连接的
无状态和有状态的服务器应用
状态信息：服务器维护的，关于它和客户正进行的交互状态信息
无状态服务器：没有保留任何状态信息
状态服务器：维护状态信息的服务器
状态问题源于确保可靠性的要求（特别对无连接）
传输协议不能保证可靠，应用协的设计必须保证可靠
优化无状态服务器
在服务器加入大的文件缓存和上述的信息表格
需要小心：检查文件名、文件偏移等，重复、失序问题
如果客户出了故障重新启动，将会重新获得一个不同的端口号，先前的表项会失去作用，最终会耗尽服务器资源
服务器可以选择删除LRU
四种基本类型的服务器
通过TCP的面向连接的循环服务器
创建套接字并绑定到它所提供服务的熟知端口上(socket、bind)
将该端口设置为被动模式，使其准备为服务器所用(listen)
从该套接字上接收下一个连接请求，获得该连接的新的套接字(accept)
在新套接字上重复读取来自客户的数据，构造响应，按照应用协议向客户发回响应
当某个特定客户完成交互时，关闭连接，返回步骤三接收新的连接
无连接循环服务器的算法
创建套接字并将其绑定到所提供的服务的熟知端口上
重复读取来自客户的请求，构造响应，按照应用协议向客户发回响应
并发的无连接的服务器算法
主1、创建套接字并将其绑定到所提供服务的熟知地址上。让该套接字保持为未连接的
主2、反复调用recvfrom接收来自客户的下一个请求，创建一个新的从线程来处理响应
从1、从来自主线程的特定请求以及到该套接字的访问开始
从2、根据应用协议构造应答，并用sendto将该应答发回给客户
从3、退出（即：从线程处理完一个请求后就终止）
并发的面向连接服务器算法
主1、创建套接字并将其绑定到所提供服务的熟知地址上。让该套接字保持为无连接的
主2、将该端口设置为被动模式
主3、反复调用accept以便接收来自客户的下一个连接请求，并创建新的从线程或者进程来处理响应
从1、由主线程传递来的连接请求开始
从2、用该连接与客户进行交互；读取请求并发回响应
从3、关闭连接并退出
单线程实现并发、面向连接的服务器算法
创建套接字并将其绑定到这个服务的熟知端口上，将该套接字加到一个表中，该表中的项是可以进行I/O的描述符
使用select在已经有的套接字上等待I/O主题
如果最初的套接字准备就绪，使用accept获得下一个连接，并将这个新的套接字加入到表中，该表中的项是可以进行I/O的描述符
如果最初的套接字以外的套接字就绪，就使用recv或read获得下一个请求，构造响应，用send或者write将响应发回给客户
继续按照以上的步骤2进行处理
小结
循环无连接服务器
对每个请求的处理少，通常为无状态的
循环的面向连接服务器
要求可靠传输的，对每个请求处理少的服务
并发的，无连接的服务器
不常见，为每个请求创建一个新线程或进程
并发的面向连接的服务器
最一般的。可靠传输，并发处理多个请求
多进程可以是多个独立的程序
多线程（进程）或者单线程方式
使用场合
循环的和并发的
如果循环方案产生的响应时间对应用来说足够，就可以使用循环；否则需要并发
真正的和表面上的并发性
创建线程或切换环境的开销大，服务器需要在多个连接之间共享或者交换数据，用单线程
使用线程开销不大，服务器需要在多个连接之间共享或者交换数据，用多线程；
每个进程可以孤立运行或者要得到最大并发性，使用多进程
面向连接的和无连接的
当应用协议处理了可靠性问题，或者应用在局域网环境内时，使用无连接的传输。否则使用有连接传输
死锁（服务器不能回答请求）
循环的面向连接的服务器
某个客户和服务器建立一个连接，客户不再发送请求，服务器无法使用recv得到请求，服务器将在这里阻塞
客户不能正常工作，不处理服务器的响应
客户接收窗口填满
而服务器的外发存储数据区填满阻塞
可能阻塞的系统调用会产生死锁
如没有本地缓存时（发方存放已发数据），发送方send或者write会阻塞；进而导致接收方recv或者read调用也将阻塞。
单线程的服务器会被阻塞死锁
主题
服务器的并发性的统一，高效管理
并发等级
定义:在某个给定的时刻一个服务器正在运行着的执行线程/进程总数
服务器整个生命周期中，同时并发的最大线程数
某种意义上代表了服务器最大资源开销
需求驱动并发
为增加灵活性，当收到远程连接请求时触发线程/进程创建
服务器的并发等级依赖于客户的需求
代价:线程或进程创建都要消耗资源
额外开销和时延
为每个请求创建一个新进程/线程，开销昂贵
带来处理的时延：创建进程/线程需要较长的时间
消耗系统资源
从线程/进程预分配
概述
预分配线程/进程，当创建进程/线程时间较长的时候，也能维持高吞吐量
主服务器在开始执行时就创建N个从进程/线程
将所接受的新的请求分配给这N个从进程/线程中的一个处理
进程/线程并不退出
优点：操作系统的额外开销低，降低了服务器时延
面向连接服务器中的预分配
互斥、文件锁定和accept并发调用
无连接服务器中的预分配
算法：多个从线程同时绑定在一个socket上调用recvfrom获得发送方的地址和其发送的数据报，并调用sendto应答。一个数据报到达的时候系统只唤醒一个从进程
延迟的从线程/进程预分配
复杂服务器
多协议服务器
循环多协议服务器
单进程并发多协议服务器
DAYTIME例子
共享代码
多服务服务器
循环无连接、多服务服务器
循环面向连接的、多服务服务器
并发、面向连接、多服务服务器
单进程、表面并发面向连接多服务器
从多服务服务器调用单独的程序
解决：缺乏灵活性，改变任何一个服务的代码都需要编译整个服务器
多协议多服务服务器
并发服务器
类型
并发无连接服务器
适用场景
循环服务器
使用并发服务器
避免了长时间的延迟，不允许单个客户占用所有的资源，使服务器与许多客户同时进行通信
客户感觉服务器提供了较短的响应时间
功能
多个客户打开到某个服务器的连接，然后在该连接上重复发送数据，并读取从服务器返回的回显
服务器响应每个客户，接收连接，读取来自该客户的数据，并原样返回给数据
两种形式
创建多个进程，每个进程都有一个执行线程
在一个进程中创建多个执行线程
并发面向连接单进程
线程
linux线程特点
动态创建
并发执行
抢先
私有局部变量
共享全局变量
共享文件描述符
协调和同步函数
线程优点
更高效:上下文切换的额外开销减少
上下文切换:线程切换需要执行的命令
同一进程中两个线程比不同进程中两个线程切换要快
进程内的线程切换不用改变虚拟存储器的映射
共享存储
并发服务器中的多个副本需要相互通信或访问共享的数据
利用线程容易构造监控系统
线程缺点
由于线程间共享存储和进程状态，一个线程动作可能对同一个进程内的其他线程产生影响
两个线程如果同一时间访问同一个变量，会产生相互干扰
调用一个静态的数据项的库函数不是线程安全的，覆盖会导致错误
缺乏健壮性，一个线程出错，服务器将会终止整个进程
循环面向连接的服务器
特点
每次处理时间都很短
服务器实现简单
无连接的——Time服务器实例
面向连接的——Daytime服务器实例
