1.Posix API与网络协议栈实现原理
2.什么是POSIX 1.0？
3.从HotSpot源码，深度解读 park 和 unpark
4.POSIXPOSIX简介
5.POSIX网络API解析
6.System v 和Posix

Posix API与网络协议栈实现原理

       本文分享自零声教育学员的学习总结

       一、Posix简介

       1.1 什么是Posix（Portable Operating System Interface of UNIX ）

       Posix，意为可移植操作系统接口，它定义了操作系统应该为应用程序提供的接口标准。

       1.2 作用

       Posix标准旨在期望获得源代码级别的jsp上传源码软件可移植性。在不同操作系统中，如Linux与Windows，编写的应用程序能够实现一致的接口使用，确保源代码在多种环境下都能正常运行。

       二、Posix网络API

       2.1 网络编程客户端与服务端常用API

       客户端与服务端通常会使用socket、listen、connect、accept等核心API进行网络连接与通信。

       2.2 客户端和服务端代码示例

       示例代码展示了服务端server.cpp和客户端client.cpp的基本结构与逻辑。

       运行结果展示了连接成功后的通信交互。

       相关视频推荐

       推荐学习视频包括《tcp/ip详解》、《了解网络协议栈那些不为人知的八股文》等，帮助深入理解网络协议与实现。

       三、关键函数分析

       2.3.1 socket函数

       调用socket()函数创建套接字对象，由文件描述符和TCP控制块组成，后者记录了网络连接的详细信息，如五元组。

       2.3.2 listen 函数

       服务端通过listen()监听连接请求，git的源码逻辑参数backlog指定队列长度，表示一次最多能保存多少个连接请求。

       2.3.3 connect 函数

       客户端通过connect()向服务端发起连接请求。

       2.3.4 accept 函数

       accept()取出连接请求，为连接分配文件描述符并返回。

       2.3.6 常见面试问题

       解答了为什么需要三次握手、服务器端口如何处理大量连接、如何应对Dos攻击等问题。

       四、数据收发

       2.4 send/recv 函数

       send/recv负责数据收发，实现客户端与服务端间的信息交换。

       2.4.2 常见面试问题

       介绍了解决粘包问题的方法与TCP如何确保顺序到达的数据传输。

       五、连接关闭与状态机

       2.5 close 函数

       close()关闭socket描述符，涉及四次挥手过程。

       2.5.2 常见面试题

       解答了time_wait状态与服务器端口被占用时的解决方法。

       本文深入探讨了Posix API与网络协议栈的实现原理，涵盖了网络编程的常用API、关键函数分析、数据收发机制、连接关闭流程以及面试问题解答等内容，为深入理解网络通信与系统接口设计提供了详细的指导。

什么是POSIX 1.0？

       POSIX是可移植操作系统接口（Portable Operating System Interface）的首字母缩写。POSIX是基于UNIX的，这一标准意在期望获得源代码级的武器指标源码大全软件可移植性。换句话说，为一个POSIX兼容的操作系统编写的程序，应该可以在任何其它的POSIX操作系统（即使是来自另一个厂商）上编译执行。POSIX标准定义了操作系统应该为应用程序提供的接口：系统调用集。POSIX是由IEEE（Institute of Electrical and Electronic Engineering）开发的，并由ANSI（American National Standards Institute）和ISO（International Standards Organisation）标准化。大多数的操作系统（包括Windows NT）都倾向于开发它们的变体版本与POSIX兼容。

       POSIX1.0是其中一种.

从HotSpot源码，深度解读 park 和 unpark

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       Java并发包下的类大多基于AQS（AbstractQueuedSynchronizer）框架实现，而AQS线程安全的实现依赖于两个关键类：Unsafe和LockSupport。

       其中，Unsafe主要提供CAS操作（关于CAS，在文章《读懂AtomicInteger源码（多线程专题）》中讲解过），LockSupport主要提供park/unpark操作。实际上，park/unpark操作的最终调用还是基于Unsafe类，因此Unsafe类才是核心。

       Unsafe类的实现是由native关键字说明的，这意味着这个方法是原生函数，是用C/C++语言实现的，并被编译成了DLL，由Java去调用。

       park函数的免注入封包源码作用是将当前调用线程阻塞，而unpark函数则是唤醒指定线程。

       park是等待一个许可，unpark是为某线程提供一个许可。如果线程A调用park，除非另一个线程调用unpark(A)给A一个许可，否则线程A将阻塞在park操作上。每次调用一次park，需要有一个unpark来解锁。

       并且，unpark可以先于park调用，但不管unpark先调用多少次，都只提供一个许可，不可叠加。只需要一次park来消费掉unpark带来的许可，再次调用会阻塞。

       在Linux系统下，park和unpark是通过Posix线程库pthread中的mutex（互斥量）和condition（条件变量）来实现的。

       简单来说，mutex和condition保护了一个叫_counter的信号量。当park时，这个变量被设置为0，当unpark时，这个变量被设置为1。当_counter=0时线程阻塞，当_counter>0时直接设为0并返回。设置波段指标源码

       每个Java线程都有一个Parker实例，Parker类的部分源码如下：

       由源码可知，Parker类继承于PlatformParker，实际上是用Posix的mutex和condition来实现的。Parker类里的_counter字段，就是用来记录park和unpark是否需要阻塞的标识。

       具体的执行逻辑已经用注释标记在代码中，简要来说，就是检查_counter是不是大于0，如果是，则把_counter设置为0，返回。如果等于零，继续执行，阻塞等待。

       unpark直接设置_counter为1，再unlock mutex返回。如果_counter之前的值是0，则还要调用pthread_cond_signal唤醒在park中等待的线程。源码如下：

       （如果不会下载JVM源码可以后台回复“jdk”，获得下载压缩包）

POSIXPOSIX简介

       POSIX，全称为可移植操作系统接口（Portable Operating System Interface），由电气和电子工程师协会（IEEE）制定，其初衷是提升在UNIX环境下的应用程序的移植性。这个标准并不局限于UNIX系统，许多其他操作系统，如DEC OpenVMS，也支持POSIX，特别是IEEE Std. .1-（年修订版），即通常所说的POSIX.1。POSIX.1为C语言应用提供了源代码级别的API，使得应用程序能访问操作系统的服务，如文件的读写操作。这个标准已被国际标准化组织（ISO）接纳，正式名称为ISO/IEC -1:。

       Windows NT平台下的系统并不直接支持更新版的POSIX接口，仅支持最初的ISO/IEC -1:版本。由于这种限制，Windows NT系统无法创建符合POSIX规范的线程和窗口、套接字。为了解决这个问题，微软提供了Microsoft POSIX subsystem软件包（Windows Services for UNIX），以支持新版POSIX接口。此外，Windows系统还支持其他POSIX兼容层，比如Cygwin。

       随着技术的发展，POSIX已经发展成为一个庞大的标准体系，包含多个组成部分。例如，表1-1列出了POSIX标准的一些关键部分。值得注意的是，POSIX与IEEE 和家族的标准是可以互换使用的，除了.1，这些系列也在表中有所体现。

扩展资料

       POSIX是Portable Operating System Interface of Unix的缩写。由IEEE（Institute of Electrical and Electronic Engineering）开发，由ANSI和ISO标准化。 POSIX的诞生和Unix的发展是密不可分的，Unix于年代诞生于贝尔实验室，并于年代向美各大高校分发V7版的源码以做研究。加利福尼亚大学伯克利分校在V7的基础上开发了BSD Unix。后来很多商业厂家意识到Unix的价值也纷纷以贝尔实验室的System V或BSD为基础来开发自己的Unix，较著名的有Sun OS，AIX，VMS。

POSIX网络API解析

       网络中进程之间如何通信？网络通信需借助唯一标识进程的标志，即三元组（ip地址，协议，端口）。TCP/IP协议族提供此标识，应用编程接口如UNIX BSD的套接字（socket）与UNIX System V的TLI（淘汰）用于网络进程通信。

       POSIX标准定义了操作系统为应用程序提供的接口标准，以期望实现源代码级别的软件可移植性。不同内核提供的系统调用不同，如Linux的fork与Windows的createprocess。POSIX标准出现为解决移植问题，使得使用统一接口，如将fork封装为posix_fork，可跨平台移植。

       网络编程常用API包括socket、bind、listen、connect与accept。socket创建句柄与TCB，bind指定地址，listen监听连接请求，connect发起请求，accept接收请求建立连接。

       网络字节序与主机字节序不同，网络传输使用大端字节序。进行数据传输前需将主机字节序转换为网络字节序。

       三次握手流程：客户端调用connect发起请求，服务器接收SYN，添加TCB至半连接队列，客户端接收ACK后连接建立，服务器将TCB移至全连接队列，调用accept返回连接描述字。

       send与recv负责数据收发，将数据拷贝至内核缓冲区，根据策略发送或接收。close关闭连接，使socket描述字不可用，四次挥手完成连接断开。

System v 和Posix

       在Linux系统中进行进程间通信时，我们常常会遇到System v和POSIX两种类型的接口。POSIX，全称Portable Operating System Interface for Computing Systems，是由IEEE和ISO/IEC合作制定的一套标准，旨在确保应用程序在不同操作系统上源代码级别的移植性。它源于年代早期的UNIX用户组工作，旨在统一System V（由AT&T开发）和Berkeley BSD系统之间的调用接口，最终在年发布了POSIX.1标准（IEEE .1-）。

       System V，最初称为AT&T System V，是Unix众多版本中的一员，由AT&T开发于年，历经多个版本，其中SVR4（System V Release 4）最为成功，影响了诸如初始化脚本（/etc/init.d）等UNIX共同特性。System V不仅仅局限于AT&T的硬件，许多转售版本如Dell SVR4和Bull SVR4也基于其。如今，SCO OpenServer基于System V Release 3，而SUN Solaris和SCO UnixWare则基于SVR4。System V被视为UNIX两种主要风格（另一是BSD）之一，但随着Linux和QNX等非传统实现的出现，这一分类不再准确。标准化努力如POSIX致力于减少不同实现之间的差异。

       System V和POSIX在Linux/unix系统编程中扮演着接口协议的角色，POSIX相对System V更新，语法简洁。进程间通信（IPC）是两者共同关注的领域，POSIX IPC中对象有名称，如mq_open、sem_open、shm_open中的名称并不一定对应文件系统。创建或打开IPC对象时，需要指定操作模式，如读写权限。而System V IPC中，key_t类型在msget、semget、shmget等函数中扮演关键角色。