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第五十二篇 作業系統簡史——多道技術第五十二篇 作業系統簡史——多道技術

目錄

  • 第五十二篇 作業系統簡史——多道技術
    • 一、作業系統
      • 1.作業系統簡介
      • 2.作業系統作用
      • 3.作業系統與應用程式的差別
    • 二、作業系統發展曆史
      • 1.第一代計算機（1940~1955）：真空管和穿孔卡片
      • 2.第二代計算機（1955~1965）：半導體和批處理系統
      • 3.第三代計算機（1965~1980）：內建電路晶片和多道程式設計
      • 4.第四代計算機（1980~至今）：個人計算機
    • 三、多道技術
    • 四、setsockopt的作用

第五十二篇 作業系統簡史——多道技術

一、作業系統

1.作業系統簡介

1.作業系統位于應用軟體與硬體裝置之間，本質上也是一個軟體

2.由系統核心（管理所有硬體資源）與系統接口（提供給程式員使用的接口）組成

2.作業系統作用

1.為使用者屏蔽了複雜繁瑣的硬體接口，為應用程式提供了清晰易用的系統接口（有了這些接口，程式員就不用直接與硬體打交道了）

2.作業系統将應用程式對硬體資源的競争變成有序的使用

3.作業系統與應用程式的差別

1.作業系統是受保護的：無法被使用者修改，應用程式可以被解除安裝

2.作業系統規模很大：Linux或widows源代碼都在五百萬行以上。這僅僅是核心，不包括使用者程式，如GUI，庫以及基本應用軟體(如windows Explorer等)，很容易就能達到這個數量的10倍或者20倍之多

3.長壽：由于作業系統源碼量巨大，編寫是非常耗時耗力的，一旦完成，作業系統所有者便不會輕易的放棄或重寫，但是可以在原有基礎上改進，是以基本上可以把windows95/98/Me看出一個作業系統

二、作業系統發展曆史

1.第一代計算機（1940~1955）：真空管和穿孔卡片

2.第二代計算機（1955~1965）：半導體和批處理系統

3.第三代計算機（1965~1980）：內建電路晶片和多道程式設計

4.第四代計算機（1980~至今）：個人計算機

1.第四代也就是我們常見的作業系統，大多是具備圖形化界面的，例如：Windows，macOS ，CentOS等

2.由于采用了IC設計，計算機的體積下降，性能增長，并且成本以及可以被普通消費者接受，而第三代作業系統大都需要進行專業的學習才能使用，于是各個大佬公司開始開發那種不需要專業學習也可以快速上手的作業系統，即上述作業系統

3.它們都是用了GUI 圖形化使用者接口，使用者隻需要通過滑鼠點選拖拽界面上的元素即可完成大部分操作

4.GUI和UI都是用于可視化的

三、多道技術

1.多道技術中的多道指的是多個程式，多道技術的實作是為了解決多個程式競争或者說共享同一個資源（比如cpu）的有序排程問題，解決方式即多路複用，多路複用分為時間上的複用和空間上的複用

2.空間上的複用：将記憶體分為幾部分，每個部分放入一個程式，這樣，同一時間記憶體中就有了多道程式

3.空間上的複用最大的問題是：程式之間的記憶體必須分割，這種分割需要在硬體層面實作，由作業系統控制。如果記憶體彼此不分割，則一個程式可以通路另外一個程式的記憶體。首先喪失的是安全性，比如你的qq程式可以通路作業系統的記憶體，這意味着你的qq可以拿到作業系統的所有權限；其次喪失的是穩定性，某個程式崩潰時有可能把别的程式的記憶體也給回收了，比方說把作業系統的記憶體給回收了，則作業系統崩潰

四、setsockopt的作用

擷取或者設定與某個套接字關聯的選 項。選項可能存在于多層協定中，它們總會出如今最上面的套接字層。當操作套接字選項時，選項位于的層和選項的名稱必須給出。為了操作套接字層的選項，應該 将層的值指定為SOL_SOCKET。為了操作其他層的選項，控制選項的合适協定号必須給出。比如，為了表示一個選項由TCP協定解析，層應該設定為協定 号TCP

參數：

sock：将要被設定或者擷取選項的套接字。

level：選項所在的協定層。

optname：須要訪問的選項名。

optval：對于getsockopt()，指向傳回選項值的緩沖。對于setsockopt()，指向包括新選項值的緩沖。

optlen：對于getsockopt()，作為入口參數時，選項值的最大長度。作為出口參數時，選項值的實際長度。對于setsockopt()，現選項的長度。

傳回說明：

成功運作時，傳回0。失敗傳回-1，errno被設為下面的某個值

EBADF：sock不是有效的檔案描寫叙述詞

EFAULT：optval指向的記憶體并不是有效的程序空間

EINVAL：在調用setsockopt()時，optlen無效

ENOPROTOOPT：指定的協定層不能識别選項

ENOTSOCK：sock描寫叙述的不是套接字

參數具體說明：

level指定控制套接字的層次.能夠取三種值:

1)SOL_SOCKET:通用套接字選項.

2)IPPROTO_IP:IP選項.

3)IPPROTO_TCP:TCP選項.　

optname指定控制的方式(選項的名稱),我們以下詳解　

optval獲得或者是設定套接字選項.依據選項名稱的資料類型進行轉換　

選項名稱　　　　　　　　說明　　　　　　　　　　　　　　　　　　資料類型

　　　　　　　　　　　　SOL_SOCKET

SO_BROADCAST　　　　　　同意發送廣播資料　　　　　　　　　　　　int

SO_DEBUG　　　　　　　　同意調試　　　　　　　　　　　　　　　　int

SO_DONTROUTE　　　　　　不查找路由　　　　　　　　　　　　　　　int

SO_ERROR　　　　　　　　獲得套接字錯誤　　　　　　　　　　　　　int

SO_KEEPALIVE　　　　　　保持連接配接　　　　　　　　　　　　　　　　int

SO_LINGER　　　　　　　 延遲關閉連接配接　　　　　　　　　　　　　　struct linger

SO_OOBINLINE　　　　　　帶外資料放入正常資料流　　　　　　　　　int

SO_RCVBUF　　　　　　　 接收緩沖區大小　　　　　　　　　　　　　int

SO_SNDBUF　　　　　　　 發送緩沖區大小　　　　　　　　　　　　　int

SO_RCVLOWAT　　　　　　 接收緩沖區下限　　　　　　　　　　　　　int

SO_SNDLOWAT　　　　　　 發送緩沖區下限　　　　　　　　　　　　　int

SO_RCVTIMEO　　　　　　 接收逾時　　　　　　　　　　　　　　　　struct timeval

SO_SNDTIMEO　　　　　　 發送逾時　　　　　　　　　　　　　　　　struct timeval

SO_REUSERADDR　　　　　 同意重用本地位址和port　　　　　　　　　int

SO_TYPE　　　　　　　　 獲得套接字類型　　　　　　　　　　　　　int

SO_BSDCOMPAT　　　　　　與BSD系統相容　　　　　　　　　　　　　 int

　　　　　　　　　　　　IPPROTO_IP

IP_HDRINCL　　　　　　　在資料包中包括IP首部　　　　　　　　　　int

IP_OPTINOS　　　　　　　IP首部選項　　　　　　　　　　　　　　　int

IP_TOS　　　　　　　　　服務類型

IP_TTL　　　　　　　　　生存時間　　　　　　　　　　　　　　　　int

　　　　　　　　　　　　IPPRO_TCP

TCP_MAXSEG　　　　　　　TCP最大資料段的大小　　　　　　　　　　 int

TCP_NODELAY　　　　　　 不使用Nagle算法　　　　　　　　　　　　 int

傳回說明：

成功運作時，傳回0。失敗傳回-1，errno被設為下面的某個值

EBADF：sock不是有效的檔案描寫叙述詞

EFAULT：optval指向的記憶體并不是有效的程序空間

EINVAL：在調用setsockopt()時，optlen無效

ENOPROTOOPT：指定的協定層不能識别選項

ENOTSOCK：sock描寫叙述的不是套接字

SO_RCVBUF和SO_SNDBUF每一個套接口都有一個發送緩沖區和一個接收緩沖區，使用這兩個套接口選項能夠改變預設緩沖區大小。

// 接收緩沖區

int nRecvBuf=321024; //設定為32K

setsockopt(s,SOL_SOCKET,SO_RCVBUF,(const char)&nRecvBuf,sizeof(int));

//發送緩沖區

int nSendBuf=321024;//設定為32K

setsockopt(s,SOL_SOCKET,SO_SNDBUF,(const char)&nSendBuf,sizeof(int));

注意：

當設定TCP套接口接收緩沖區的大小時，函數調用順序是非常重要的，由于TCP的窗體規模選項是在建立連接配接時用SYN與對方互換得到的。對于客戶，O_RCVBUF選項必須在connect之前設定；對于server，SO_RCVBUF選項必須在listen前設定。

結合原理說明：

1.每一個套接口都有一個發送緩沖區和一個接收緩沖區。 接收緩沖區被TCP和UDP用來将接收到的資料一直儲存到由應用程序來讀。 TCP：TCP通告還有一端的窗體大小。 TCP套接口接收緩沖區不可能溢出，由于對方不同意發出超過所通告窗體大小的資料。 這就是TCP的流量控制，假設對方無視窗體大小而發出了超過窗體大小的資料，則接 收方TCP将丢棄它。 UDP：當接收到的資料報裝不進套接口接收緩沖區時，此資料報就被丢棄。UDP是沒有流量控制的；快的發送者能夠非常easy地就淹沒慢的接收者，導緻接收方的UDP丢棄資料報。
    2.我們常常聽說tcp協定的三次握手,但三次握手究竟是什麼，其細節是什麼，為什麼要這麼做呢?
    第一次:client發送連接配接請求給server，server接收;
    第二次:server傳回給client一個确認碼,附帶一個從server到client的連接配接請求,客戶機接收,确認client到server的連接配接.
    第三次:客戶機傳回server上次發送請求的确認碼,server接收,确認server到client的連接配接.
    我們能夠看到:
    1. tcp的每一個連接配接都須要确認.
    2. client到server和server到client的連接配接是獨立的.
    我們再想想tcp協定的特點:連接配接的,可靠的,全雙工的,實際上tcp的三次握手正是為了保證這些特性的實作.




    3.setsockopt的使用方法

1.closesocket（一般不會馬上關閉而經曆TIME_WAIT的過程）後想繼續重用該socket：

BOOL bReuseaddr=TRUE;

setsockopt(s,SOL_SOCKET ,SO_REUSEADDR,(const char*)&bReuseaddr,sizeof(BOOL));

  1. 假設要已經處于連接配接狀态的soket在調用closesocket後強制關閉，不經曆TIME_WAIT的過程：

    BOOL bDontLinger = FALSE;

    setsockopt(s,SOL_SOCKET,SO_DONTLINGER,(const char*)&bDontLinger,sizeof(BOOL));

3.在send(),recv()過程中有時因為網絡狀況等原因，發收不能預期進行,而設定收發時限：

int nNetTimeout=1000;//1秒

//發送時限

setsockopt(socket，SOL_S0CKET,SO_SNDTIMEO，(char )&nNetTimeout,sizeof(int));

//接收時限

setsockopt(socket，SOL_S0CKET,SO_RCVTIMEO，(char )&nNetTimeout,sizeof(int));

4.在send()的時候，傳回的是實際發送出去的位元組(同步)或發送到socket緩沖區的位元組

(異步);系統預設的狀态發送和接收一次為8688位元組(約為8.5K)；在實際的過程中發送資料

和接收資料量比較大，能夠設定socket緩沖區，而避免了send(),recv()不斷的循環收發：

// 接收緩沖區

int nRecvBuf=321024;//設定為32K

setsockopt(s,SOL_SOCKET,SO_RCVBUF,(const char)&nRecvBuf,sizeof(int));

//發送緩沖區

int nSendBuf=321024;//設定為32K

setsockopt(s,SOL_SOCKET,SO_SNDBUF,(const char)&nSendBuf,sizeof(int));

  1. 假設在發送資料的時，希望不經曆由系統緩沖區到socket緩沖區的拷貝而影響

    程式的性能：

    int nZero=0;

    setsockopt(socket，SOL_S0CKET,SO_SNDBUF，(char *)&nZero,sizeof(nZero));

6.同上在recv()完畢上述功能(預設情況是将socket緩沖區的内容複制到系統緩沖區)：

int nZero=0;

setsockopt(socket，SOL_S0CKET,SO_RCVBUF，(char *)&nZero,sizeof(int));

7.一般在發送UDP資料報的時候，希望該socket發送的資料具有廣播特性：

BOOL bBroadcast=TRUE;

setsockopt(s,SOL_SOCKET,SO_BROADCAST,(const char*)&bBroadcast,sizeof(BOOL));

8.在client連接配接server過程中，假設處于非堵塞模式下的socket在connect()的過程中能夠設定connect()延時,直到accpet()被呼叫(本函數設定僅僅有在非堵塞的過程中有顯著的作用，在堵塞的函數調用中作用不大)

BOOL bConditionalAccept=TRUE;

setsockopt(s,SOL_SOCKET,SO_CONDITIONAL_ACCEPT,(const char*)&bConditionalAccept,sizeof(BOOL));

9.假設在發送資料的過程中(send()沒有完畢，還有資料沒發送)而調用了closesocket(),曾經我們一般採取的措施是"從容關閉"shutdown(s,SD_BOTH),可是資料是肯定丢失了，怎樣設定讓程式滿足詳細應用的要求(即讓沒發完的資料發送出去後在關閉socket)？

struct linger {

u_short l_onoff;

u_short l_linger;

};

linger m_sLinger;

m_sLinger.l_onoff=1;//(在closesocket()調用,可是還有資料沒發送完成的時候容許逗留)

// 假設m_sLinger.l_onoff=0;則功能和2.)作用同樣;

m_sLinger.l_linger=5;//(容許逗留的時間為5秒)

setsockopt(s,SOL_SOCKET,SO_LINGER,(const char*)&m_sLinger,sizeof(linger));

轉載于:https://www.cnblogs.com/itboy-newking/p/11185339.html

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