深入redis内部---网络编程

Redis在anet.h和anet.c中封装了底层套接字实现：

1.anetTcpServer，建立网络套接字服务器，完成对socket(),bind(),listen()等操作的封装，返回socket的fd。

int anetTcpServer(char *err, int port, char *bindaddr)
{
    int s;
    struct sockaddr_in sa;　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　//见1.1结构体

    if ((s = anetCreateSocket(err,AF_INET)) == ANET_ERR)               //AF_INET表示使用IPv4
        return ANET_ERR;

    memset(&sa,0,sizeof(sa));
    sa.sin_family = AF_INET;
    sa.sin_port = htons(port);
    sa.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    if (bindaddr && inet_aton(bindaddr, &sa.sin_addr) == 0) {
        anetSetError(err, "invalid bind address");
        close(s);
        return ANET_ERR;
    }
    if (anetListen(err,s,(struct sockaddr*)&sa,sizeof(sa)) == ANET_ERR)
        return ANET_ERR;
    return s;
}

1.1 结构体sockaddr_in

    struct sockaddr_in {  
         short int sin_family; // Address family  
         unsigned short int sin_port; // Port number  
         struct in_addr sin_addr; // Internet address  
         unsigned char sin_zero[8]; // Same size as struct sockaddr  
    };

1.2 创建socket，封装了socket实现

static int anetCreateSocket(char *err, int domain) {
    int s, on = 1;
    if ((s = socket(domain, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {  //创建socket
        anetSetError(err, "creating socket: %s", strerror(errno));
        return ANET_ERR;
    }

    /* Make sure connection-intensive things like the redis benchmark
     * will be able to close/open sockets a zillion of times */
    if (setsockopt(s, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) == -1) {  //设置选项
        anetSetError(err, "setsockopt SO_REUSEADDR: %s", strerror(errno));
        return ANET_ERR;
    }
    return s;
}

1.3 memset函数

在C中 <string.h>，原型为：void *memset(void *s, int ch, size_t n);

作用：将s中前n个字节（typedef unsigned int size_t）用 ch 替换并返回 s 。

memset：作用是在一段内存块中填充某个给定的值，它是对较大的结构体或数组进行清零操作的一种最快方法。

1.4 网络转头文件：

#include <netinet/in.h>

定义函数：unsigned short int htons(unsigned short int hostshort);

函数说明：htons()用来将参数指定的16 位hostshort 转换成网络字符顺序.

返回值：返回对应的网络字符顺序.


定义函数：unsigned long int htonl(unsigned long int hostlong);

函数说明：htonl ()用来将参数指定的32 位hostlong 转换成网络字符顺序.


返回值：返回对应的网络字符顺序.

定义函数：int inet_aton(const char *string, struct in_addr*addr);

参数描述：

1 输入参数string包含ASCII表示的IP地址。

2 输出参数addr是将要用新的IP地址更新的结构。

返回值：

如果这个函数成功，函数的返回值非零，如果输入地址不正确则会返回零。使用这个函数并没有错误码存放在errno中，所以它的值会被忽略

1.5 监听，封装了bind和listen实现

static int anetListen(char *err, int s, struct sockaddr *sa, socklen_t len) {
    if (bind(s,sa,len) == -1) {　　　　　　　　//绑定
        anetSetError(err, "bind: %s", strerror(errno));
        close(s);
        return ANET_ERR;
    }

    /* Use a backlog of 512 entries. We pass 511 to the listen() call because
     * the kernel does: backlogsize = roundup_pow_of_two(backlogsize + 1);
     * which will thus give us a backlog of 512 entries */
    if (listen(s, 511) == -1) {             //监听
        anetSetError(err, "listen: %s", strerror(errno));
        close(s);
        return ANET_ERR;
    }
    return ANET_OK;
}

2.tcp连接建立堵塞和非堵塞网络套接字连接。

int anetTcpConnect(char *err, char *addr, int port)
{
    return anetTcpGenericConnect(err,addr,port,ANET_CONNECT_NONE);
}

int anetTcpNonBlockConnect(char *err, char *addr, int port)
{
    return anetTcpGenericConnect(err,addr,port,ANET_CONNECT_NONBLOCK);
}

//具体实现
#define ANET_CONNECT_NONE 0
#define ANET_CONNECT_NONBLOCK 1
static int anetTcpGenericConnect(char *err, char *addr, int port, int flags)
{
    int s;
    struct sockaddr_in sa;

    if ((s = anetCreateSocket(err,AF_INET)) == ANET_ERR)
        return ANET_ERR;

    sa.sin_family = AF_INET;
    sa.sin_port = htons(port);
    if (inet_aton(addr, &sa.sin_addr) == 0) {
        struct hostent *he;

        he = gethostbyname(addr);
        if (he == NULL) {
            anetSetError(err, "can't resolve: %s", addr);
            close(s);
            return ANET_ERR;
        }
        memcpy(&sa.sin_addr, he->h_addr, sizeof(struct in_addr));
    }
    if (flags & ANET_CONNECT_NONBLOCK) {
        if (anetNonBlock(err,s) != ANET_OK)
            return ANET_ERR;
    }
    if (connect(s, (struct sockaddr*)&sa, sizeof(sa)) == -1) {
        if (errno == EINPROGRESS &&
            flags & ANET_CONNECT_NONBLOCK)
            return s;

        anetSetError(err, "connect: %s", strerror(errno));
        close(s);
        return ANET_ERR;
    }
    return s;
}

2.1 结构体hostent

struct hostent { 
　　 char *h_name; 
　　 char **h_aliases; 
　　 int h_addrtype; 
　　 int h_length; 
　　 char **h_addr_list; 
　　 };

其中，h_name – 地址的正式名称。
　　h_aliases – 空字节-地址的预备名称的指针。
　　h_addrtype –地址类型; 通常是AF_INET。
　　h_length – 地址的比特长度。
　　h_addr_list – 零字节-主机网络地址指针。网络字节顺序。
　　h_addr - h_addr_list中的第一地址。
gethostbyname() 成功时返回一个指向结构体 hostent 的指针，或者是个空 (NULL) 指针。

2.2 设置非堵塞

int anetNonBlock(char *err, int fd)
{
    int flags;

    /* Set the socket non-blocking.
     * Note that fcntl(2) for F_GETFL and F_SETFL can't be
     * interrupted by a signal. */
    if ((flags = fcntl(fd, F_GETFL)) == -1) {
        anetSetError(err, "fcntl(F_GETFL): %s", strerror(errno));
        return ANET_ERR;
    }
    if (fcntl(fd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK) == -1) {
        anetSetError(err, "fcntl(F_SETFL,O_NONBLOCK): %s", strerror(errno));
        return ANET_ERR;
    }
    return ANET_OK;
}

2.3 文件控制fcntl

定义函数 int fcntl(int fd, int cmd);
　　int fcntl(int fd, int cmd, long arg);
　　int fcntl(int fd, int cmd, struct flock *lock);

fcntl()针对(文件)描述符提供控制.实例：

int flags;
/* 设置为非阻塞*/
if (fcntl(socket_descriptor, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK) < 0)
{
/* Handle error */
}
/* 设置为阻塞 */
if ((flags = fcntl(sock_descriptor, F_GETFL, 0)) < 0)
{
/* Handle error */
}

3. tcp接收，在网络套接字上新增连接

int anetTcpAccept(char *err, int s, char *ip, int *port) {
    int fd;
    struct sockaddr_in sa;
    socklen_t salen = sizeof(sa);
    if ((fd = anetGenericAccept(err,s,(struct sockaddr*)&sa,&salen)) == ANET_ERR)
        return ANET_ERR;

    if (ip) strcpy(ip,inet_ntoa(sa.sin_addr));
    if (port) *port = ntohs(sa.sin_port);
    return fd;
}

封装了accept函数

static int anetGenericAccept(char *err, int s, struct sockaddr *sa, socklen_t *len) {
    int fd;
    while(1) {
        fd = accept(s,sa,len);
        if (fd == -1) {
            if (errno == EINTR)
                continue;
            else {
                anetSetError(err, "accept: %s", strerror(errno));
                return ANET_ERR;
            }
        }
        break;
    }
    return fd;
}

4. 其它方法

anetEnableTcpNoDelay：将tcp连接设为非延迟性的，即屏蔽Nagle算法。使用setsockopt方法实现。

anetDisableTcpNoDelay：和上面的方法作用相反。使用setsockopt方法实现。

anetTcpKeepAlive：开启连接检测，避免对方宕机或者网络中断时fd一直堵塞。使用setsockopt方法实现。

anetRead和anetWrite：套接字的读写。

参考资料

Redis源代码分析.pdf----未知来源