第十章
应用进程跨越网络的通信
10.1 系统调用和应用编程接口
? 大多数操作系统使用 系统调用 (system call)
的机制在应用程序和操作系统之间传递控制权。
? 对程序员来说，每一个系统调用和一般程序设
计中的函数调用非常相似，只是系统调用是将
控制权传递给了操作系统。
多个应用进程使用系统调用的机制
应用程序 1 应用程序 2 应用程序 n…
由应用程序调用的系统函数
用户地址空间
中的应用程序
系统调用接口
系统地址空间
中的协议软件包括 TCP/IP 协议软件的操作系统内核
应用编程接口 API
(Application Programming Interface)
? 当某个应用进程启动系统调用时，控制权就从应用进程
传递给了系统调用接口。
? 此接口再将控制权传递给计算机的操作系统。操作系统
将此调用转给某个内部过程，并执行所请求的操作。
? 内部过程一旦执行完毕，控制权就又通过系统调用接口
返回给应用进程。
? 系统调用接口实际上就是应用进程的控制权和操作系统
的控制权进行转换的一个接口，即应用编程接口 API。
几种应用编程接口 API
? Berkeley UNIX 操作系统定义了一种 API，
它又称为插口接口 (socket interface)。
? 微软公司在其操作系统中采用了插口接口 API，
形成了一个稍有不同的 API，并称之为
Windows Socket。
? AT&T 为其 UNIX 系统 V 定义了一种 API，
简写为 TLI (Transport Layer Interface)。
应用进程通过插口接入到网络
TCP TCP
应用进程
因特网
由操作系统控制
插口，又称为 API
? ?
插口的作用
? 当应用进程需要使用网络进行通信时就发出系统调用, 请
求操作系统为其创建, 插口,, 以便把网络通信所需要的
系统资源 分配给该应用进程 。
? 操作系统为这些资源的总和用一个号码来表示, 并把此号
码返回给应用进程 。 应用进程所进行的网络操作都必须使
用这个号码 。
? 通信完毕后, 应用进程通过一个关闭插口的系统调用通知
操作系统回收与该, 号码, 相关的所有资源 。
插口和 API 不同
? 插口是应用进程和网络之间的接口，因为插口既包含有运
输层与应用层之间的端口号，又包含有机器的 IP 地址。
? 插口和应用编程接口 API 是性质不同的接口。
? API 是从程序设计的角度定义了许多标准的系统调用函数。
应用进程只要使用标准的系统调用函数就可得到操作系统
的服务。
? 在这个意义上讲,API 是应用程序和操作系统之间的接口。
应当记住
? 在插口以上的进程是受应用程序控制的，而在插口以下的
TCP 协议软件以及 TCP 使用的缓存和一些必要的变量等，
则是受计算机操作系统的控制。
? 只要应用程序使用 TCP/IP 协议进行通信，它就必须通过
插口与操作系统交互并请求其服务。
? 应用程序的开发者对插口以上的应用进程具有完全的控制，
但对插口以下的运输层却只有少量的控制。
10.2 服务器的两种工作方式
? 服务器都可工作在两种不同的方式：
? 循环方式 (iterative mode)—— 在计算机中一次只运行
一个服务器进程 。 当有多个客户进程请求服务时, 服务
器进程就按请求的先后顺序依次做出响应 。
? 并发方式 (concurrent)—— 在计算机中同时运行多个服
务器进程, 而每一个服务器进程都对某个特定的客户进
程做出响应 。
无连接循环服务器
? 使用无连接的 UDP 的服务器通常都工作在循环方式 ——
一个服务器在同一时间只能向一个客户提供服务。
? 服务器收到客户的请求后，就发送 UDP 用户数据报响应
该客户。但对其他客户发来的请求则暂时不予理睬，这
些请求都在服务器端的队列中排队等候服务器的处理。
? 当服务器进程处理完毕一个请求时，就从队列中读取来
自下一个客户的请求，然后继续处理。
无连接循环服务器的特点
UDP
?服务器
UDP
?客户临时端口
熟知端口
UDP
?客户临时端口
UDP
?客户临时端口
一次一个
客户
服务器只使用一个熟知
端口 。 每一个客户则使
用自己创建的临时端口
（ 端口号自己设定 ） 。
面向连接并发服务器
? 服务器在同一时间可向多个客户提供服务。
? TCP 是面向连接的，因此在服务器和多个客户之间必
须建立多条 TCP 连接，而每一条 TCP 连接要在其数
据传送完毕后才能释放。
? 使用 TCP 的服务器只能有一个熟知端口。因此主服务
器在熟知端口等待客户发出的请求。一旦收到客户的
请求，就立即创建一个从属服务器，并指明从属服务
器使用临时端口和该客户建立 TCP 连接，然后主服务
器继续在原来的熟知端口等待向其他客户提供服务。
面向连接并发服务器的特点
?
TCP
TCP
?客户临时端口 临时
端
口
TCP
?客户
临时端口
TCP
?客户临时端口
???
主服务器
TCP 连接
熟知端口仅用于
接受服务请求
创建
从属服务器
主服务器有时又称为父服务
器, 而从属服务器又称为子
服务器 。
10.3 进程通过系统调用接口进行通信的过程
1,无连接循环服务器
服务器
recvfrom(…)
socket(…)
bind(…)
recvfrom(…)
无限制重复
socket(…)
若需要就重复
sendto(…)
进程
sendto(…)
close(…)
客户
2,面向连接并发服务器
服务器
read(…)
socket(…)
bind(…)
accept(…)
无限制重复
socket(…)
若需要就重复
write(…)
进程
close(…)接受
close(…)
客户 listen(…)
fork(…)
connect(…)
write(…)
read(…)
close(…)监听
若需要就重复 主服务器
close(…)接受
从属服务器
应用进程跨越网络的通信
10.1 系统调用和应用编程接口
? 大多数操作系统使用 系统调用 (system call)
的机制在应用程序和操作系统之间传递控制权。
? 对程序员来说，每一个系统调用和一般程序设
计中的函数调用非常相似，只是系统调用是将
控制权传递给了操作系统。
多个应用进程使用系统调用的机制
应用程序 1 应用程序 2 应用程序 n…
由应用程序调用的系统函数
用户地址空间
中的应用程序
系统调用接口
系统地址空间
中的协议软件包括 TCP/IP 协议软件的操作系统内核
应用编程接口 API
(Application Programming Interface)
? 当某个应用进程启动系统调用时，控制权就从应用进程
传递给了系统调用接口。
? 此接口再将控制权传递给计算机的操作系统。操作系统
将此调用转给某个内部过程，并执行所请求的操作。
? 内部过程一旦执行完毕，控制权就又通过系统调用接口
返回给应用进程。
? 系统调用接口实际上就是应用进程的控制权和操作系统
的控制权进行转换的一个接口，即应用编程接口 API。
几种应用编程接口 API
? Berkeley UNIX 操作系统定义了一种 API，
它又称为插口接口 (socket interface)。
? 微软公司在其操作系统中采用了插口接口 API，
形成了一个稍有不同的 API，并称之为
Windows Socket。
? AT&T 为其 UNIX 系统 V 定义了一种 API，
简写为 TLI (Transport Layer Interface)。
应用进程通过插口接入到网络
TCP TCP
应用进程
因特网
由操作系统控制
插口，又称为 API
? ?
插口的作用
? 当应用进程需要使用网络进行通信时就发出系统调用, 请
求操作系统为其创建, 插口,, 以便把网络通信所需要的
系统资源 分配给该应用进程 。
? 操作系统为这些资源的总和用一个号码来表示, 并把此号
码返回给应用进程 。 应用进程所进行的网络操作都必须使
用这个号码 。
? 通信完毕后, 应用进程通过一个关闭插口的系统调用通知
操作系统回收与该, 号码, 相关的所有资源 。
插口和 API 不同
? 插口是应用进程和网络之间的接口，因为插口既包含有运
输层与应用层之间的端口号，又包含有机器的 IP 地址。
? 插口和应用编程接口 API 是性质不同的接口。
? API 是从程序设计的角度定义了许多标准的系统调用函数。
应用进程只要使用标准的系统调用函数就可得到操作系统
的服务。
? 在这个意义上讲,API 是应用程序和操作系统之间的接口。
应当记住
? 在插口以上的进程是受应用程序控制的，而在插口以下的
TCP 协议软件以及 TCP 使用的缓存和一些必要的变量等，
则是受计算机操作系统的控制。
? 只要应用程序使用 TCP/IP 协议进行通信，它就必须通过
插口与操作系统交互并请求其服务。
? 应用程序的开发者对插口以上的应用进程具有完全的控制，
但对插口以下的运输层却只有少量的控制。
10.2 服务器的两种工作方式
? 服务器都可工作在两种不同的方式：
? 循环方式 (iterative mode)—— 在计算机中一次只运行
一个服务器进程 。 当有多个客户进程请求服务时, 服务
器进程就按请求的先后顺序依次做出响应 。
? 并发方式 (concurrent)—— 在计算机中同时运行多个服
务器进程, 而每一个服务器进程都对某个特定的客户进
程做出响应 。
无连接循环服务器
? 使用无连接的 UDP 的服务器通常都工作在循环方式 ——
一个服务器在同一时间只能向一个客户提供服务。
? 服务器收到客户的请求后，就发送 UDP 用户数据报响应
该客户。但对其他客户发来的请求则暂时不予理睬，这
些请求都在服务器端的队列中排队等候服务器的处理。
? 当服务器进程处理完毕一个请求时，就从队列中读取来
自下一个客户的请求，然后继续处理。
无连接循环服务器的特点
UDP
?服务器
UDP
?客户临时端口
熟知端口
UDP
?客户临时端口
UDP
?客户临时端口
一次一个
客户
服务器只使用一个熟知
端口 。 每一个客户则使
用自己创建的临时端口
（ 端口号自己设定 ） 。
面向连接并发服务器
? 服务器在同一时间可向多个客户提供服务。
? TCP 是面向连接的，因此在服务器和多个客户之间必
须建立多条 TCP 连接，而每一条 TCP 连接要在其数
据传送完毕后才能释放。
? 使用 TCP 的服务器只能有一个熟知端口。因此主服务
器在熟知端口等待客户发出的请求。一旦收到客户的
请求，就立即创建一个从属服务器，并指明从属服务
器使用临时端口和该客户建立 TCP 连接，然后主服务
器继续在原来的熟知端口等待向其他客户提供服务。
面向连接并发服务器的特点
?
TCP
TCP
?客户临时端口 临时
端
口
TCP
?客户
临时端口
TCP
?客户临时端口
???
主服务器
TCP 连接
熟知端口仅用于
接受服务请求
创建
从属服务器
主服务器有时又称为父服务
器, 而从属服务器又称为子
服务器 。
10.3 进程通过系统调用接口进行通信的过程
1,无连接循环服务器
服务器
recvfrom(…)
socket(…)
bind(…)
recvfrom(…)
无限制重复
socket(…)
若需要就重复
sendto(…)
进程
sendto(…)
close(…)
客户
2,面向连接并发服务器
服务器
read(…)
socket(…)
bind(…)
accept(…)
无限制重复
socket(…)
若需要就重复
write(…)
进程
close(…)接受
close(…)
客户 listen(…)
fork(…)
connect(…)
write(…)
read(…)
close(…)监听
若需要就重复 主服务器
close(…)接受
从属服务器
