今天介紹一個可以拿出去吹牛的功能：實作socket句柄在程序之間遷移！
我們的伺服器上，運作着大量的server執行個體（instance）。這些instance，每個都要承載着數十萬的連接配接和非常繁忙的網絡請求。能夠把這樣的連接配接數，這樣的流量，玩弄于股掌之間，是每個網際網路程式員的夢想。
但軟體總是要更新的，每當更新的時候，就需要先停掉原來的instance，然後再啟動一個新的。在這一停一起之間，數十秒就過去了，更不要說JAVA這種啟動時間就能生個孩子的速度了。
傳統的做法，是先把這個instance從負載均衡上面摘除，然後啟動起來再加上；對于微服務來說，就要先隔離，然後啟動後再取消隔離。這些操作，對于海量應用來說，就是個噩夢。
1. 零停機更新
有沒有一種方法，能夠把一個程序所挂載的連接配接（socket），轉移到另外一個程序之上呢？這樣，我在更新的時候，就可可以先啟動一個更新版本的程序，然後把老程序的socket，one by one的給轉移過去。
實作零停機更新。
這個是可以的。Facebook就實踐過類似的技術，它們把這項技術，叫做
Socket Takeover
。千萬别用百度搜這個關鍵字，你得到的可能是一堆垃圾。
這麼牛x的技術，還這麼有用，為什麼就沒人科普呢？别問我，我也不知道，可能大家現在都在糾結怎麼研究茴香豆的茴字寫法，沒時間幹正事吧。
那今天就由
xjjdog
來介紹一下吧，順便增加一下大家以後的吹牛資本。
這個牛x的功能，是由Linux一對底層的
系統調用
函數所實作的：
sendmsg()
和
recvmsg()
。我們一般在發送網絡資料包的時候，一般會使用send函數，但send函數隻有在socket處于連接配接狀态時才可以使用；與之不同的是，sendmsg在任何時候都可以使用。
2. 技術要點
在c語言網絡程式設計中，首先要通過
listen
函數，來注冊監聽位址，然後再用accept函數接收新連接配接。比如：
int listen_fd = socket(addr->ss_family, SOCK_STREAM, 0);
...
bind(listen_fd, (struct sockaddr *) addr, addrlen);
...
int accept_fd = accept(fd, (struct sockaddr *) &addr, &addrlen);
複制代碼 我們首先要做的，就是把
listen_fd
，從一個程序，傳遞到另外一個程序中去。怎麼發送呢？肯定是要通過一個通道的。在Linux上，那就是UDS，全稱
Unix Domain Sockets
。
2.1 Unix Domain Sockets監聽
UDS（Unix Domain Sockets）在Linux上的表現，是一個檔案。相比較于普通socket監聽在端口上，一個程序也可以監聽在一個UDS檔案上，比如
/tmp/xjjdog.sock
。由于通過這個檔案進行資料傳輸，并不需要走網卡等實體裝置，是以通過UDS傳輸資料，速度是非常快的。
但今天我們不關心它有多塊，而是關心它多有用。通過bind函數，我們同樣可以通過這個檔案接收連接配接，就像端口接收連接配接一樣。
struct sockaddr_un addr;
char *path="/tmp/xjjdog.sock";
int err, fd;
fd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);
memset(&addr, 0, sizeof(struct sockaddr_un));
addr.sun_family = AF_UNIX;
strncpy(addr.sun_path, path, strlen(path));
addrlen = sizeof(addr.sun_family) + strlen(path);
err = bind(fd, (struct sockaddr *) &addr, addrlen);
...
accept_fd = accept(fd, (struct sockaddr *) &addr, &addrlen);
複制代碼 
這樣。其他的程序，就可以通過兩種不同的方式，來連接配接我們的服務。
- 通過端口：進行正常的服務，輸出正常的業務資料。執行正常業務
- 通過UDS：開始接收
listen_fd
accept_fd
2.2 fd遷移技術要點
怎麼遷移呢？我們關鍵看第二步。
實際上，當新更新的服務通過UDS連接配接上來，我們就開始使用sendmsg函數，将
listen_fd
給轉移過去。
我們來看一下sendmsg這個函數的參數。
ssize_t sendmsg(
int socket,
const struct msghdr *message,
int flags
);
複制代碼 socket可以了解為我們的UDS連接配接。關鍵在于
msghdr
這個結構體。
struct msghdr {
void *msg_name; /* optional address */
socklen_t msg_namelen; /* size of address */
struct iovec *msg_iov; /* scatter/gather array */
int msg_iovlen; /* # elements in msg_iov */
void *msg_control; /* ancillary data, see below */
socklen_t msg_controllen; /* ancillary data buffer len */
int msg_flags; /* flags on received message */
};
複制代碼 其中，
msg_iov
表示要正常發送的資料，比如
HelloWord
；除此之外，還有兩個
ancillary
(附屬的) 的變量，提供了附加的功能，那就是變量
msg_control
msg_controllen
。其中，
msg_control
又指向了另外一個結構體
cmsghdr
struct cmsghdr {
socklen_t cmsg_len; /* data byte count, including header */
int cmsg_level; /* originating protocol */
int cmsg_type; /* protocol-specific type */
/* followed by */
unsigned char cmsg_data[];
};
複制代碼 在這個結構體中，有一個叫做
cmsg_type
的成員變量，是我們實作socket遷移的關鍵。
它共有三個類型。
-
SCM_RIGHTS
-
SCM_CREDENTIALS
-
SCM_SECURITY
SCM_RIGHTS
就是我們所需要的，它允許我們從一個程序，發送一個檔案句柄到另外一個程序。
struct msghdr msg;
...
struct cmsghdr *cmsg = CMSG_FIRSTHDR(&msg);
cmsg->cmsg_level = SOL_SOCKET;
cmsg->cmsg_type = SCM_RIGHTS;
//socket fd清單，設定在cmsg_data上
int *fds = (int *) CMSG_DATA(cmsg);
複制代碼 依靠
sendmsg
函數，socket句柄就發送到另外一個程序了。
3. 接收和還原
同樣的，
recvmsg
函數，将會接收這部分資料，然後将其還原成
cmsghdr
結構體。然後我們就可以從
cmsg_data
中擷取句柄清單。
為什麼能這麼做呢？因為socket句柄，在某個程序裡，其實隻是一個引用。真正的fd句柄，其實是放在核心中的。所謂的遷移，隻不過是把一個指針，從一個程序中去掉，再加到另外一個程序中罷了。
fd句柄的屬性，有兩種情況。
- 監聽fd，直接調用
accept
- 普通fd，需要将其還原成正常的socket
圖檔來自論文：(Zero Downtime Release: Disruption-free Load Balancing of a Multi-Billion User Website)。
對于普通fd，肯定要調用與原新連接配接到來時
相同的
代碼邏輯。是以，一個大體的遷移過程，包括：
- 首先遷移listener fd到新程序，并開啟監聽，以便新程序能快速接收新的請求。如果我們開啟了
SO_REUSEADDR
- 等待新程序預熱之後，停掉原程序的監聽
- 遷移原老程序中的大量socket，這些socket可能有數萬條，最好編碼能看到遷移進度
- 新程序接收到這些socket，陸續将其還原為正常的連接配接。相當于略過了accept階段，直接就擷取了socket清單
- 遷移完畢，老程序就空轉了，此時可以安全的停掉