Muduo 網絡編程示例之十：socks4a 代理服務器
陳碩 (giantchen_AT_gmail)
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這是《Muduo 網絡編程示例》系列的第十篇文章，本系列暫告一段落。
Muduo 全系列文章列表： http://blog.csdn.net/Solstice/category/779646.aspx
本文介紹用 muduo 實現一個簡單的 socks4a 代理服務器，代碼見 http://code.google.com/p/muduo/source/browse/trunk/examples/socks4a/ 。
TCP 中繼器
在實現 socks4a proxy 之前，我們先寫一個功能更簡單的網絡程序—— TCP 中繼器 (TCP relay)，或者叫做窮人的 tcpdump (poor man's tcpdump)。
一般情況下，客戶端程序直接連接服務端，如下圖。有時候，我們想在 client 和 server 之間放一個中繼器 (relay)，把 client 與 server 之間的通信內容記錄下來。這時用 tcpdump 是最方便省事的，但是 tcpdump 需要 root 權限，萬一沒有 root 密碼呢？窮人有窮人的辦法，自己寫一個 relay，讓 client 連接 relay，再讓 relay 連接 server，如下圖中的 T 型結構，relay 扮演了類似 proxy 的角色。
TcpRelay 是我們自己寫的，可以動動手腳。除了記錄通信內容，還可以制造延時，或者故意翻轉 1 bit 數據以模擬 router 硬件故障。
TcpRelay 的功能（業務邏輯）看上去很簡單，無非是把連接 C 上收到的數據發給連接 S，同時把連接 S 上收到的數據發給連接 C。但仔細考慮起來，細節其實不那么簡單：
- 建立連接。為了真實模擬 client，TcpRelay 在 accept 連接 C 之后才向 server 發起連接 S，那么在 S 建立起來之前，從 C 收到數據怎么辦？要不要暫存起來？
- 并發連接的管理。上圖中只畫出了一個 client，實際上 TcpRelay 可以服務多個 clients，左右兩邊這些并發連接如何管理，如何防止串話(cross talk)？
- 連接斷開。Client 和 Server 都可能主動斷開連接。當 Client 主動斷開連接 C 時，TcpRelay 應該立刻斷開 S。當 Server 主動斷開連接 S 時，TcpRelay 應立刻斷開 C。這樣才能比較精確地模擬 Client 和 Server 的行為。在關閉連接的剎那，又有新的 client 連接進來，復用了剛剛 close 的 fd 號碼，會不會造成串話？ 萬一 Client 和 Server 幾乎同時主動斷開連接，TcpRelay 如何應對？
- 速度不匹配。如果連接 C 的帶寬是 100KB/s，而連接 S 的帶寬是 10MB/s，不巧 Server 是個 chargen 服務，會全速發送數據，那么會不會撐爆 TcpRelay 的 buffer？如何限速？特別是在使用 non-blocking IO 和 level-trigger polling 的時候如何限制讀取數據的速度？
在看 muduo 的實現之前，請讀者思考：如果用 Sockets API 來實現 TcpRelay，如何解決以上這些問題。
TcpRelay 的實現很簡單，只有幾十行代碼 http://code.google.com/p/muduo/source/browse/trunk/examples/socks4a/tcprelay.cc，主要邏輯都在 Tunnel class 里
http://code.google.com/p/muduo/source/browse/trunk/examples/socks4a/tunnel.h 。這個實現解決了前三個問題，第四個留給將來吧。
Socks4a 代理服務器
Socks4a 的功能與 TcpRelay 非常相似，也是把連接 C 上收到的數據發給連接 S，同時把連接 S 上收到的數據發給連接 C。它與 TcpRelay 的區別在于，TcpRelay 固定連到某個 server 地址，而 socks4a 允許 client 指定要連哪個 server。在 accept 連接 C 之后，Socks4a server 會讀幾個字節，以了解 server 的地址，再發起連接 S。
Socks4a 的協議非常簡單，請參考維基百科 http://en.wikipedia.org/wiki/SOCKS#SOCKS_4a 。
muduo 的 socks4a 代理服務器的實現在 http://code.google.com/p/muduo/source/browse/trunk/examples/socks4a/socks4a.cc，它也使用了 Tunnel class。與 TcpRelay 相比，只多了解析 server 地址這一步驟。
muduo 這個 socks4a 是個標準的網絡服務，可以供 Web 瀏覽器使用（我正是這么測試它的）。
n:1 與 1:n 連接轉發
云風在《寫了一個 proxy 用途你懂的》中寫了一個 TCP 隧道 tunnel，程序由三部分組成：n:1 連接轉發服務，1:n 連接轉發服務，socks 代理服務。
我仿照他的思路，用 muduo 實現了這三個程序。不同的是，我沒有做數據混淆，所以不能用來翻傳說中的墻。
有興趣的讀者可以把這三個程序級聯起來試一試。
Muduo 編程示例系列告一段落
《Muduo 網絡編程示例》從今年2月初開始寫，到今天正好是四個月，我寫了十一篇博客，基本按計劃完成了任務。這個系列暫告一段落。
這個系列基本涵蓋了 muduo 為編寫單線程服務端和客戶端 TCP 網絡程序提供的功能，muduo 的能力不止于此：
- 多線程，muduo::net::TcpServer 內置了一個簡單但適應性很強的線程模型。目前博客上的例子涉及的業務邏輯很簡單，沒有復雜的運算，瓶頸通常在 IO 上，多線程的優勢發揮不出來。
- 高級應用。比方說用 muduo::net::Channel 配合 signalfd 來處理信號；其他非阻塞網絡客戶端庫（例如 ZooKeeper 的 C 客戶端，PostgreSQL 的客戶端 libpq）與 muduo EventLoop 的集成。
以上兩點在以后的文章里會提及，不會明珠暗藏。
Muduo 在 2010 年 8 月底發布 0.1.0 版，隨著這個編程示例系列文章的發表，迄今已發布了 14 次小升級，下載地址： http://code.google.com/p/muduo/downloads/list
接下來的計劃
接下來，我還會寫一系列博客，目前想到的有：
- 談一談我的網絡編程學習經驗。文章已經完成大半，端午節之后可以發布。
- muduo 設計與實現系列，介紹如何一步步實現一個非阻塞網絡庫。代碼已經準備得差不多了，在 https://github.com/chenshuo/recipes/tree/master/reactor
- 用 muduo 實現一些稍微復雜一些的網絡程序，比如小規模的分布式系統。計劃有：利用 Paxos 算法實現一個高可用的 in-memory key value 存儲，在此基礎上實現 naming service，然后實現我以前多次提到的簡單機群管理系統等等。目前 muduo 的示例程序都是簡單獨立的網絡程序，下半年我想多寫一寫由多個程序組成的系統，具體談一談分布式系統細節設計。
另外，我會逐步把已有的博客文章整理成 PDF 合集，方便下載保存，地址是： http://blog.csdn.net/Solstice/archive/2011/02/24/6206154.aspx