透过 Go 语言探索 Linux 网络通信的本质

大家好，我是码农先森。

前言

各种编程语言百花齐放、百家争鸣，但是 “万变不离其中”。对于网络通信而言，每一种编程语言的实现方式都不一样；但其实，调用的底层逻辑都是一样的。linux 系统底层向上提供了统一的 Socket 通信系统函数，动态链接库 /lib64/libc.so 中就是实现网络通信的关键类库。下面我们会以 Go 语言为例，来分析网络通信数据传输的路径；最终揭开各大编程语言网络通信的神秘面纱。

演示程序

1、使用 Go 编写一个简单的 Socket 程序

package main

import (
    "fmt"
    "net"
)

func main() {
    // 监听本地端口
    listener, err := net.Listen("tcp", ":8080")
    if err != nil {
        fmt.Println("Error listening:", err.Error())
        return
    }
    defer listener.Close()

    fmt.Println("Listening on localhost:8080")

    for {
        // 接收客户端连接
        conn, err := listener.Accept()
        if err != nil {
            fmt.Println("Error accepting:", err.Error())
            return
        }

        // 处理客户端请求
        go handleRequest(conn)
    }
}

func handleRequest(conn net.Conn) {
    // 读取请求数据
    buffer := make([]byte, 1024)
    n, err := conn.Read(buffer)
    if err != nil {
        fmt.Println("Error reading:", err.Error())
        return
    }

    // 处理请求数据
    message := string(buffer[:n])
    fmt.Println("Received message:", message)

    // 发送响应数据
    reply := "Hello, client!"
    conn.Write([]byte(reply))

    // 关闭连接
    conn.Close()
}

2、编译成二进制文件。

go build main.go

[yxh@dev01 demo]$ ls -l
total 2536
-rwxr-xr-x 1 yangxionghai devops 2590837 Jun  2 15:42 main
-rw-r--r-- 1 yangxionghai devops    1023 Jun  2 15:39 main.go

3、执行 main 二进制文件

[yxh@dev01 demo]$ ./main 
Listening on localhost:8080

跟踪进程数据

1、跟踪 main 进程

# 找到进程ID
[yxh@dev01 demo]$ ps -aux | grep main
yxh+ 32270  0.0  0.0 816460  1732 pts/3    Sl+  16:47   0:00 ./main
yxh+ 32404  0.0  0.0 112816   968 pts/13   S+   16:47   0:00 grep --color=auto main

2、使用 strace 跟踪进程

strace -f -s 2048 -i -T -o trace.log -p 32270

命令各参数的解释：
-f: 跟踪在运行时从父进程派生出来的子进程，包括进程创建和退出等操作。
-s: 指定在输出中显示的字符串的最大长度为 2048 字节，这样可以避免过长的输出导致日志文件过大。
-i: 在输出中同时显示系统调用的入口和返回地址。
-T: 在输出中显示每个系统调用花费的时间。
-o: 将输出的结果写入到名为 trace.log 的文件中，而不是输出到控制台。
-p: 指定要跟踪的进程 ID 是 32270。

3、使用 telnet 发生数据

# 客户端发送数据
[yxh@dev01 ~]$ telnet 127.0.0.1 8080
Trying 127.0.0.1...
Connected to 127.0.0.1.
Escape character is '^]'.
^]

telnet> 
# 客户端发生的数据
hello world
# 服务端返回的数据
Hello, client!
Connection closed by foreign host.

4、服务端接收到数据

# 服务端接收到数据
[yxh@dev01 demo]$ ./main 
Listening on localhost:8080
Received message: hello world

深度分析

1、分析跟踪信息

我们先分析刚刚使用 strace 工具跟踪到的信息，可以看到里面有很多的系统调用。具体每个系统函数的说明及用法，可以去搜索引擎上查找资料学习。

# 跟踪到的信息
[yxh@dev01 demo]$ cat trace.log
32275 [0000000000462943] futex(0x5e0058, FUTEX_WAIT_PRIVATE, 0, NULL <unfinished ...>
32274 [0000000000462943] futex(0xc000080150, FUTEX_WAIT_PRIVATE, 0, NULL <unfinished ...>
32273 [0000000000462943] futex(0xc000044d50, FUTEX_WAIT_PRIVATE, 0, NULL <unfinished ...>
32272 [0000000000462943] futex(0xc000044950, FUTEX_WAIT_PRIVATE, 0, NULL <unfinished ...>
32271 [0000000000462943] restart_syscall(<... resuming interrupted restart_syscall ...> <unfinished ...>
32270 [0000000000462b60] epoll_pwait(5,  <unfinished ...>
32271 [0000000000462943] <... restart_syscall resumed>) = -1 ETIMEDOUT (Connection timed out) <25.495631>
32271 [00000000004623bd] nanosleep({tv_sec=0, tv_nsec=20000}, NULL) = 0 <0.000107>
32271 [0000000000462943] futex(0x5b1bd8, FUTEX_WAIT_PRIVATE, 0, {tv_sec=60, tv_nsec=0}) = -1 ETIMEDOUT (Connection timed out) <60.000108>
32271 [00000000004623bd] nanosleep({tv_sec=0, tv_nsec=20000}, NULL) = 0 <0.000100>
32271 [0000000000462943] futex(0x5b1bd8, FUTEX_WAIT_PRIVATE, 0, {tv_sec=60, tv_nsec=0}) = -1 ETIMEDOUT (Connection timed out) <60.000112>
32271 [00000000004623bd] nanosleep({tv_sec=0, tv_nsec=20000}, NULL) = 0 <0.000123>
32271 [0000000000462943] futex(0x5b1bd8, FUTEX_WAIT_PRIVATE, 0, {tv_sec=60, tv_nsec=0} <unfinished ...>
32270 [0000000000462b60] <... epoll_pwait resumed>[{EPOLLIN, {u32=2087155416, u64=140464697603800}}], 128, -1, NULL, 0) = 1 <188.828350>
32270 [0000000000462943] futex(0x5b1bd8, FUTEX_WAKE_PRIVATE, 1) = 1 <0.000028>
32271 [0000000000462943] <... futex resumed>) = 0 <43.331766>
32270 [000000000047f08a] accept4(3,  <unfinished ...>
32271 [00000000004623bd] nanosleep({tv_sec=0, tv_nsec=20000},  <unfinished ...>
32270 [000000000047f08a] <... accept4 resumed>{sa_family=AF_INET6, sin6_port=htons(9622), inet_pton(AF_INET6, "::ffff:127.0.0.1", &sin6_addr), sin6_flowinfo=htonl(0), sin6_scope_id=0}, [112->28], SOCK_CLOEXEC|SOCK_NONBLOCK) = 4 <0.000019>
32271 [00000000004623bd] <... nanosleep resumed>NULL) = 0 <0.000076>
32270 [0000000000462b38] epoll_ctl(5, EPOLL_CTL_ADD, 4, {EPOLLIN|EPOLLOUT|EPOLLRDHUP|EPOLLET, {u32=2087155184, u64=140464697603568}} <unfinished ...>
32271 [00000000004623bd] nanosleep({tv_sec=0, tv_nsec=20000},  <unfinished ...>
32270 [0000000000462b38] <... epoll_ctl resumed>) = 0 <0.000017>
32270 [000000000047f0f6] getsockname(4, {sa_family=AF_INET6, sin6_port=htons(8080), inet_pton(AF_INET6, "::ffff:127.0.0.1", &sin6_addr), sin6_flowinfo=htonl(0), sin6_scope_id=0}, [112->28]) = 0 <0.000017>
32270 [000000000047f08a] setsockopt(4, SOL_TCP, TCP_NODELAY, [1], 4 <unfinished ...>
32271 [00000000004623bd] <... nanosleep resumed>NULL) = 0 <0.000103>
32270 [000000000047f08a] <... setsockopt resumed>) = 0 <0.000016>
32271 [00000000004623bd] nanosleep({tv_sec=0, tv_nsec=20000},  <unfinished ...>
32270 [000000000047f08a] setsockopt(4, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE, [1], 4) = 0 <0.000017>
32270 [000000000047f08a] setsockopt(4, SOL_TCP, TCP_KEEPINTVL, [15], 4) = 0 <0.000017>
32271 [00000000004623bd] <... nanosleep resumed>NULL) = 0 <0.000090>
32270 [000000000047f08a] setsockopt(4, SOL_TCP, TCP_KEEPIDLE, [15], 4 <unfinished ...>
32271 [00000000004623bd] nanosleep({tv_sec=0, tv_nsec=20000},  <unfinished ...>
32270 [000000000047f08a] <... setsockopt resumed>) = 0 <0.000016>
32270 [0000000000462943] futex(0xc000080150, FUTEX_WAKE_PRIVATE, 1) = 1 <0.000020>
32274 [0000000000462943] <... futex resumed>) = 0 <188.828982>
32270 [000000000047f08a] accept4(3,  <unfinished ...>
32274 [0000000000462b60] epoll_pwait(5,  <unfinished ...>
32271 [00000000004623bd] <... nanosleep resumed>NULL) = 0 <0.000101>
32274 [0000000000462b60] <... epoll_pwait resumed>[{EPOLLOUT, {u32=2087155184, u64=140464697603568}}], 128, 0, NULL, 0) = 1 <0.000014>
32270 [000000000047f08a] <... accept4 resumed>0xc000053c10, [112], SOCK_CLOEXEC|SOCK_NONBLOCK) = -1 EAGAIN (Resource temporarily unavailable) <0.000037>
32274 [0000000000462943] futex(0xc000044950, FUTEX_WAKE_PRIVATE, 1 <unfinished ...>
32271 [00000000004623bd] nanosleep({tv_sec=0, tv_nsec=20000},  <unfinished ...>
32274 [0000000000462943] <... futex resumed>) = 1 <0.000018>
32270 [0000000000462b60] epoll_pwait(5,  <unfinished ...>
32274 [000000000047f01b] read(4,  <unfinished ...>
32272 [0000000000462943] <... futex resumed>) = 0 <188.829100>
32274 [000000000047f01b] <... read resumed>0xc00008e400, 1024) = -1 EAGAIN (Resource temporarily unavailable) <0.000017>
32270 [0000000000462b60] <... epoll_pwait resumed>[], 128, 0, NULL, 2) = 0 <0.000039>
32274 [0000000000462b60] epoll_pwait(5,  <unfinished ...>
32272 [0000000000462b60] epoll_pwait(5,  <unfinished ...>
32274 [0000000000462b60] <... epoll_pwait resumed>[], 128, 0, NULL, 2) = 0 <0.000019>
32271 [00000000004623bd] <... nanosleep resumed>NULL) = 0 <0.000120>
32270 [0000000000462b60] epoll_pwait(5,  <unfinished ...>
32274 [0000000000462943] futex(0xc000080150, FUTEX_WAIT_PRIVATE, 0, NULL <unfinished ...>
32272 [0000000000462b60] <... epoll_pwait resumed>[], 128, 0, NULL, 0) = 0 <0.000054>
32271 [00000000004623bd] nanosleep({tv_sec=0, tv_nsec=20000},  <unfinished ...>
32272 [0000000000462943] futex(0xc000044950, FUTEX_WAIT_PRIVATE, 0, NULL <unfinished ...>
32271 [00000000004623bd] <... nanosleep resumed>NULL) = 0 <0.000112>
32271 [0000000000462943] futex(0x5b1bd8, FUTEX_WAIT_PRIVATE, 0, {tv_sec=60, tv_nsec=0} <unfinished ...>
32270 [0000000000462b60] <... epoll_pwait resumed>[{EPOLLIN|EPOLLOUT, {u32=2087155184, u64=140464697603568}}], 128, -1, NULL, 0) = 1 <8.305983>
32270 [0000000000462943] futex(0x5b1bd8, FUTEX_WAKE_PRIVATE, 1 <unfinished ...>
32271 [0000000000462943] <... futex resumed>) = 0 <8.305878>
32270 [0000000000462943] <... futex resumed>) = 1 <0.000035>
32271 [0000000000462aa7] sched_yield( <unfinished ...>
32270 [000000000047f01b] read(4,  <unfinished ...>
32271 [0000000000462aa7] <... sched_yield resumed>) = 0 <0.000015>
# 接收到来自客户端的数据
32270 [000000000047f01b] <... read resumed>"hello world\r\n", 1024) = 13 <0.000015>
32271 [0000000000462943] futex(0x5b1ad8, FUTEX_WAKE_PRIVATE, 1) = 0 <0.000021>
32271 [00000000004623bd] nanosleep({tv_sec=0, tv_nsec=20000},  <unfinished ...>
32270 [000000000047f01b] write(1, "Received message: hello world\r\n\n", 32) = 32 <0.000025>
# 服务端返回给客户端的数据
32270 [000000000047f01b] write(4, "Hello, client!", 14 <unfinished ...>
32271 [00000000004623bd] <... nanosleep resumed>NULL) = 0 <0.000092>
32271 [00000000004623bd] nanosleep({tv_sec=0, tv_nsec=20000},  <unfinished ...>
32270 [000000000047f01b] <... write resumed>) = 14 <0.000040>
32270 [0000000000462b38] epoll_ctl(5, EPOLL_CTL_DEL, 4, 0xc00004ee3c <unfinished ...>
32271 [00000000004623bd] <... nanosleep resumed>NULL) = 0 <0.000092>
32270 [0000000000462b38] <... epoll_ctl resumed>) = 0 <0.000067>
32271 [00000000004623bd] nanosleep({tv_sec=0, tv_nsec=20000},  <unfinished ...>
32270 [000000000047f01b] close(4)       = 0 <0.000033>
32270 [0000000000462b60] epoll_pwait(5, [], 128, 0, NULL, 824634044416) = 0 <0.000017>
32271 [00000000004623bd] <... nanosleep resumed>NULL) = 0 <0.000101>
32270 [0000000000462b60] epoll_pwait(5,  <unfinished ...>
32271 [0000000000462943] futex(0x5b1bd8, FUTEX_WAIT_PRIVATE, 0, {tv_sec=60, tv_nsec=0}) = -1 ETIMEDOUT (Connection timed out) <60.000106>
32271 [00000000004623bd] nanosleep({tv_sec=0, tv_nsec=20000}, NULL) = 0 <0.000116>
32271 [0000000000462943] futex(0x5b1bd8, FUTEX_WAIT_PRIVATE, 0, {tv_sec=60, tv_nsec=0}) = -1 ETIMEDOUT (Connection timed out) <60.000107>
32271 [00000000004623bd] nanosleep({tv_sec=0, tv_nsec=20000}, NULL) = 0 <0.000119>

strace 命令是 Linux 系统下的一个系统调用跟踪工具，其主要作用是打印出程序执行时调用的所有系统调用以及相应的返回值。

2、分析 main 编译的可执行二进制文件

使用 ldd 查看二进制文件的动态链接调用库。

[yxh@dev01 demo]$ ldd main
	linux-vdso.so.1 =>  (0x00007ffd761d2000)
	libpthread.so.0 => /lib64/libpthread.so.0 (0x00007f6cb5857000)
	# libc.so 库的主要作用是为开发者提供一些常用的、通用的基础函数，例如字符串处理、文件操作、进程管理、网络通信等，同时也提供了一些系统调用的封装接口。
	libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x00007f6cb5489000)
	/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f6cb5a73000)

ldd 命令是 Linux 系统下的一个动态链接库依赖检查工具，用于显示可执行程序或共享库文件所依赖的动态链接库列表。

分析 libc.so 动态链接库

[yxh@dev01 demo]$ nm /lib64/libc.so.6 | grep read
000000000010c550 W pthread_setcancelstate
000000000010c580 T pthread_setcanceltype
000000000010c430 T pthread_setschedparam
000000000013e6c0 t __pthread_unwind
# 读函数
00000000000ef990 W read
00000000000ef990 W __read
00000000000fe9a0 W readahead
00000000000fe9a0 t __readahead
0000000000033180 t read_alias_file

[yxh@dev01 demo]$ nm /lib64/libc.so.6 | grep write
00000000000f5510 T pwritev
00000000000f5510 T pwritev64
# 写函数
00000000000ef9f0 W write
00000000000ef9f0 W __write
0000000000100250 t write_gmon
00000000000ef9f9 t __write_nocancel
00000000001009a0 t __write_profiling
000000000012f440 t writetcp

nm 是一个 Linux 系统下的二进制文件分析工具，用于查看目标文件或者可执行文件的符号表信息以及相关的重定位信息等。

除了 read、write 还有 accept、sendto、recvfrom、setsockopt、getsockopt、epoll 等函数。

总结

唯一不变的是变化，新技术层出不穷。对于我们技术人来说，不断学习新的技术是永无止境的，时间长了会陷入疲惫不堪。我们只有在不断变化中 “寻找不变化的东西”，通过掌握本质的东西，来以不变来应万变。这篇文章以 Go 语言为例，来逐步的从应用层到系统层的跟踪剖析，挖掘网络通信的本质，深入了解 Socket 通信的底层逻辑。希望大家可以以本文中的 Go 语言为例，举一反三。如果有什么问题，可以评论留言。

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【 声明&#xff1a;版权所有&#xff0c;欢迎转载&#xff0c;请勿用于商业用途。 联系信箱&#xff1a;feixiaoxing 163.com】 这种mcu的嵌入式模块理论上都是私有协议&#xff0c;因为上位机和下位机都是自己开发的&#xff0c;所以只需要自己保证上、下位机可以通讯上&…
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ELK 企业实战7

ELK 企业实战7

ELKkafkafilebeat企业内部日志分析系统 1、组件介绍 1、Elasticsearch&#xff1a; 是一个基于Lucene的搜索服务器。提供搜集、分析、存储数据三大功能。它提供了一个分布式多用户能力的全文搜索引擎&#xff0c;基于RESTful web接口。Elasticsearch是用Java开发的&#xff…
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[数据集][目标检测]刀具匕首持刀检测数据集VOC+YOLO格式8810张1类别

[数据集][目标检测]刀具匕首持刀检测数据集VOC+YOLO格式8810张1类别

数据集格式&#xff1a;Pascal VOC格式YOLO格式(不包含分割路径的txt文件&#xff0c;仅仅包含jpg图片以及对应的VOC格式xml文件和yolo格式txt文件) 图片数量(jpg文件个数)&#xff1a;8810 标注数量(xml文件个数)&#xff1a;8810 标注数量(txt文件个数)&#xff1a;8810 标注…
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sql查询练习

sql查询练习

1.表的结构 课程表&#xff1a;课程编号cid&#xff0c;课程名称canme&#xff0c;老师tid&#xff0c; 教师表&#xff1a;教师tid&#xff0c;教师姓名tname 分数表&#xff1a;学生student_sid&#xff0c;课程 cours_id&#xff0c;&#xff0c;分数score 学生表&#xff…
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阶段三：项目开发---大数据系统基础环境准备：任务1：准备系统运行的先决条件

阶段三：项目开发---大数据系统基础环境准备：任务1：准备系统运行的先决条件

任务描述 知识点&#xff1a; 大数据基础环境准备 重 点&#xff1a; SSH免密码连接 安装配置JDK 安装配置Scala 难 点&#xff1a; 无 内 容&#xff1a; 项目开发测试环境为分布式集群环境&#xff0c;在当前项目中使用多台基于CentOS 64bit 的虚拟机来模拟生产…
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在Ubuntu中使用ROS搭建PX4 Gazebo 模拟飞行 四旋翼 固定翼

在Ubuntu中使用ROS搭建PX4 Gazebo 模拟飞行 四旋翼 固定翼

综合了网上很多教程以及踩了很多坑总结下来的教程 Ubuntu安装 此处不在详细说明&#xff0c;网上可随处搜到 ROS安装 感谢鱼香ROS大佬提供一键安装脚本 wget http://fishros.com/install -O fishros && sudo bash fishros 接下来按顺序按 1 1 2 3 1 再次运行 w…
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关于 lvds 屏幕的一些知识

关于 lvds 屏幕的一些知识

网上的截图&#xff1a; lvds的 通道。 lvds 的协议 关于 sync 模式与 de 模式&#xff1a; ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 芯片的数据手册的看法。 这个手册 &#xff0c;就指明了…
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鸿蒙开发设备管理：【@ohos.update (升级)】

鸿蒙开发设备管理：【@ohos.update (升级)】

升级 说明&#xff1a; 本模块首批接口从API version 6开始支持。后续版本的新增接口&#xff0c;采用上角标单独标记接口的起始版本。开发前请熟悉鸿蒙开发指导文档&#xff1a;gitee.com/li-shizhen-skin/harmony-os/blob/master/README.md点击或者复制转到。 升级范围&…
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协程调度模块

协程调度模块

什么是协程和协程调度&#xff1f; 基本概念 协程 协程是一种比线程更轻量级的并发编程结构&#xff0c;它允许在函数执行过程中暂停和恢复执行状态&#xff0c;从而实现非阻塞式编程。协程又被称为用户级线程&#xff0c;这是由于协程包括上下文切换在内的全部执行逻辑都是…
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二分查找及其变种

二分查找及其变种

一、概念 二分查找算法&#xff08;Binary Search Algorithm&#xff09;是一种在有序数组中查找特定元素的高效搜索方法。 其基本思想是将目标值与数组中间的元素进行比较&#xff0c;如果目标值等于中间元素&#xff0c;则查找成功&#xff1b;如果目标值小于中间元素&…
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Apache SeaTunnel社区首位学生Committer诞生！

Apache SeaTunnel社区首位学生Committer诞生！

采访对象 | 陈炳烨 采访人&编辑 | Debra Chen Apache SeaTunnel社区第一位学生Committer就此诞生&#xff01;这位来自西安交通大学软件工程专业的同学从较为简单的文档修改工作&#xff0c;逐步深入到代码层面&#xff0c;到最后独立负责开发模块&#xff0c;为Apache S…
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事务底层与高可用原理

事务底层与高可用原理

1.事务底层与高可用原理 事务的基础知识 mysql的事务分为显式事务和隐式事务 默认的事务是隐式事务 显式事务由我们自己控制事务的开启&#xff0c;提交&#xff0c;回滚等操作 show variables like autocommit; 事务基本语法 事务开始 1、begin 2、START TRANSACTION&…
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【代码随想录】【算法训练营】【第55天】 [42]接雨水 [84]柱状图中最大的矩形

【代码随想录】【算法训练营】【第55天】 [42]接雨水 [84]柱状图中最大的矩形

前言 思路及算法思维&#xff0c;指路 代码随想录。 题目来自 LeetCode。 day 55&#xff0c;又是一个周一&#xff0c;不能再坚持~ 题目详情 [42] 接雨水 题目描述 42 接雨水 解题思路 前提&#xff1a;雨水形成的情况是凹的, 需要前中后3个元素&#xff0c;计算该元…
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【AI】DeepStream(14)：图像分割deepstream-segmentation-test示例演示

【AI】DeepStream(14)：图像分割deepstream-segmentation-test示例演示

【AI】AI学习目录汇总 1、简介 deepstream-segmentation-test示例演示了图像的语义分割。两个配置文件，分别加载U-Net和Res-UNet两种分割模型 unet_output_graph.uffunetres18_v4_pruned0.65_800_data.uffU-Net是一个在生物医学图像分割领域广泛应用的卷积神经网络（CNN），…
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