TCP/UDPネットワークプログラミングの内部に移動します

GO言語は、システムコールをカプセル化し、ゴルチンを組み合わせることにより、効率的なTCP/UDPネットワークプログラミングを実装します。 1. GOは、「1つの接続、1つのゴルチン」モデルを使用して、同時処理を簡素化し、リソースオーバーヘッドを削減します。 2。ネットパッケージは、ソケットを呼び出し、バインド、リスニング、その他のシステムコールを呼び出し、ePollを使用してLinuxのパフォーマンスを改善します。 3。TCPは、Acceptを介して接続のリッスンを行い、UDPはReadFromUDPを介してデータグラムを受信し、さまざまなプロトコルのステータスとバッファリング戦略を内部的に維持します。 4.ゼロコピー、バフィオ、接続の多重化、その他の手法を使用して、パフォーマンスを最適化してレイテンシとGC圧力を低下させます。

TCPおよびUDPネットワークプログラミングは、GO言語で高性能ネットワークサービスを構築するための基礎です。多くの人がnetパッケージを使用していますが、多くの人が自分の内部メカニズムを本当に理解しているわけではありません。実際、Go Standard Libraryは、システムコールをカプセル化し、Goroutineスケジューリングメカニズムを導入することにより、ユーザーレベルでシンプルで効率的なAPIを提供します。いくつかの重要な観点からGOのTCP/UDPネットワークプログラミングの内部実装の詳細を見てみましょう。

ゴロウチン駆動型の並行性モデル

Goの最大の利点の1つは、ネットワークプログラミングをシンプルで効率的にする並行性モデルです。 ListenAndServe()を使用する場合、または自分で接続を処理するためにループを作成すると、新しい接続がそれぞれインディペンデントゴロウチンが割り当てられます。

この背後には、実際にはGo Runtimeによるシステムリソースのインテリジェントなスケジューリングがあります。たとえば、TCP接続にデータが到着すると、GOは目覚めたり、新しいゴルチンを作成して対応する処理関数を実行したりします。この「1つの接続、1つのゴルウチン」メソッドは、従来のスレッドプールモデルよりも軽量で制御しやすいです。

• 手動スレッド管理は必要ありません
• 各ゴルチンの初期スタックは小さく（通常は2kb）、メモリオーバーヘッドは制御可能です
• ランタイムは自動的にGoroutineを実行してマルチプレックスをスレッドにします

したがって、コードを書くときは、スレッドの切り替えやロックの問題を検討する必要はありません。ロジックの順に処理プロセスを記述するだけです。

ネットパッケージの背後にあるシステムコールカプセル化

Goが提供するインターフェイスはシンプルに見えますが、実際には、下部に多数のシステムコールがカプセル化されます。例えば：

• socket()ソケットを作成します
• bind()バインディングアドレス
• listen()聞き始めます
• accept()新しい接続を受信します
• read() / write() data read（）

Goの標準的なライブラリは、これらの操作を統合インターフェイスに抽象化します。たとえば、 net.TCPListener.Accept()最終的にaccept()システムコールを呼び出します。これらのシステム呼び出しはすべて、syscallsパッケージ（さまざまなプラットフォームでの異なる実装）を使用して完了します。

パフォーマンスを改善するために、GOは一部のプラットフォームでEpoll（Linux）やKqueue（FreeBSD）などのI/O多重化メカニズムを使用していることに言及する価値があります。これらのメカニズムは、システム呼び出しの数を効果的に削減し、高い並行性の下で応答能力を改善できます。

TCPとUDPの間の異なる処理パス

TCPとUDPがネットワークプログラミングでどのように処理されるかには大きな違いがあり、GOは設計も区別しています。

TCPの場合、最初にリスニングを確立し、次に接続を受け入れ続ける必要があります。

 ln、_：= net.listen（ "tcp"、 "：8080"）
のために {
    conn、_：= ln.accept（）
    ハンドル（conn）
}

UDPの場合、Connectionless Protocolであるため、GOはUDPConnタイプを提供します。これにより、データパケットを直接受信できます。

 conn、_：= net.listenudp（ "udp"、＆net.udpaddr {port：8080}）
buf：= make（[] byte、1024）
n、addr、_：= conn.readfromudp（buf）

これら2つのプロトコルのさまざまな状態マシンとバッファポリシーを内部的に維持します。たとえば、TCPは接続ステータス、スライディングウィンドウなどを維持する必要がありますが、UDPは単一のデータグラムを処理するだけでは必要ありません。

さらに、UDPは高い並行性の下でパケットを失う可能性が高いため、実際の開発では、バッファサイズの設定と受信キューのタイムリーな処理に注意を払う必要があります。

ゼロコピーとパフォーマンスの最適化のヒント

Goのnetパッケージは、ゼロコピー機能のサポートなど、パフォーマンスの観点からいくつかの最適化を行いました。たとえば、HTTPサーバーでは、 ResponseWriterのWrite方法は毎回データをコピーするのではなく、代わりに可能な限り直接データを送信します。

高性能サービスを開発している場合は、次のヒントを使用することもできます。

• bufioパッケージを使用して、システムコールの数を減らす
• TCP_NODELAYとTCP_KEEPALIVEオプションを合理的に設定します
• マルチプレックス接続（sync.poolキャッシュバッファの使用など）
• 事前に割り当てるバッファーなど、頻繁にGC圧力を避けてください

これらのプラクティスは、遅延を大幅に削減し、スループットを改善できます。

基本的にそれだけです。 Goのネットワークプログラミングモデルは簡単に思えますが、オペレーティングシステムの原則とその背後にある最新の並行性のアイデアを組み合わせています。これらの内部メカニズムを理解することは、より安定した効率的なネットワークサービスの作成に役立ちます。

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