Linux Socket編程

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Linux Socket編程一、Socket編程具體函數解析參考網址

http://www.cnblogs.com/skynet/archive/2010/12/12/1903949.html（本文轉載於此網址，轉載請註明源連結）

二、Socket編程的基本知識2.1 基本TCP客戶/伺服器程式通訊端函數

 

圖2.1 TCP伺服器/用戶端回應程式式

2.2 TCP三向交握

 

圖2.2 TCP 三向交握建立串連

2.3 TCP中斷連線

 

圖2.3 TCP 四次握手中斷連線

 三、Socket編程細節知識匯總3.1、socket()函數

int socket(int domain, int type, int protocol);

socket函數對應於普通檔案的開啟操作。普通檔案的開啟操作返回一個檔案描述字，而socket()用於建立一個socket描述符（socket descriptor），它唯一標識一個socket。這個socket描述字跟檔案描述字一樣，後續的操作都有用到它，把它作為參數，通過它來進行一些讀寫操作。

正如可以給fopen的傳入不同參數值，以開啟不同的檔案。建立socket的時候，也可以指定不同的參數建立不同的socket描述符，socket函數的三個參數分別為：

• domain：即協議域，又稱為協議族（family）。常用的協議族有，AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL（或稱AF_UNIX，Unix域socket）、AF_ROUTE等等。協議族決定了socket的地址類型，在通訊中必須採用對應的地址，如AF_INET決定了要用ipv4地址（32位的）與連接埠號碼（16位的）的組合、AF_UNIX決定了要用一個絕對路徑名作為地址。
• type：指定socket類型。常用的socket類型有，SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等等（socket的類型有哪些？）。
• protocol：故名思意，就是指定協議。常用的協議有，IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等，它們分別對應TCP傳輸協議、UDP傳輸協議、STCP傳輸協議、TIPC傳輸協議（這個協議我將會單獨開篇討論！）。

注意：並不是上面的type和protocol可以隨意組合的，如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP組合。當protocol為0時，會自動選擇type類型對應的預設協議。

當我們調用socket建立一個socket時，返回的socket描述字它存在於協議族（address family，AF_XXX）空間中，但沒有一個具體的地址。如果想要給它賦值一個地址，就必須調用bind()函數，否則就當調用connect()、listen()時系統會自動隨機分配一個連接埠。

3.2、bind()函數

正如上面所說bind()函數把一個地址族中的特定地址賦給socket。例如對應AF_INET、AF_INET6就是把一個ipv4或ipv6地址和連接埠號碼組合賦給socket。

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

函數的三個參數分別為：

• sockfd：即socket描述字，它是通過socket()函數建立了，唯一標識一個socket。bind()函數就是將給這個描述字綁定一個名字。
• addr：一個const struct sockaddr *指標，指向要綁定給sockfd的協議地址。這個地址結構根據地址建立socket時的地址協議族的不同而不同，如ipv4對應的是： 

       struct sockaddr_in {            sa_family_t    sin_family; /* address family: AF_INET */            in_port_t      sin_port;   /* port in network byte order */            struct in_addr sin_addr;   /* internet address */       };                 /* Internet address. */        struct in_addr {            uint32_t       s_addr;     /* address in network byte order */};

　　 ipv6對應的是： 

struct sockaddr_in6 {     sa_family_t     sin6_family;   /* AF_INET6 */     in_port_t       sin6_port;     /* port number */     uint32_t        sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */     struct in6_addr sin6_addr;     /* IPv6 address */     uint32_t        sin6_scope_id; /* Scope ID (new in 2.4) */ };

struct in6_addr { 

    unsigned char   s6_addr[16];   /* IPv6 address */ 

};

Unix域對應的是： 

#define UNIX_PATH_MAX    108 struct sockaddr_un {     sa_family_t sun_family;               /* AF_UNIX */     char        sun_path[UNIX_PATH_MAX];  /* pathname */ };

• addrlen：對應的是地址的長度。

通常伺服器在啟動的時候都會綁定一個眾所周知的地址（如ip地址+連接埠號碼），用於提供服務，客戶就可以通過它來接連伺服器；而用戶端就不用指定，有系統自動分配一個連接埠號碼和自身的ip地址組合。這就是為什麼通常伺服器端在listen之前會調用bind()，而用戶端就不會調用，而是在connect()時由系統隨機產生一個。

網路位元組序與主機位元組序

主機位元組序就是我們平常說的大端和小端模式：不同的CPU有不同的位元組序類型，這些位元組序是指整數在記憶體中儲存的順序，這個叫做主機序。引用標準的Big-Endian和Little-Endian的定義如下：

a) Little-Endian就是低位位元組排放在記憶體的低地址端，高位位元組排放在記憶體的高地址端。

b) Big-Endian就是高位位元組排放在記憶體的低地址端，低位位元組排放在記憶體的高地址端。

網路位元組序：4個位元組的32 bit值以下面的次序傳輸：首先是0～7bit，其次8～15bit，然後16～23bit，最後是24~31bit。這種傳輸次序稱作大端位元組序。由於TCP/IP首部中所有的二進位整數在網路中傳輸時都要求以這種次序，因此它又稱作網路位元組序。位元組序，顧名思義位元組的順序，就是大於一個位元組類型的資料在記憶體中的存放順序，一個位元組的資料沒有順序的問題了。

所以：在將一個地址綁定到socket的時候，請先將主機位元組序轉換成為網路位元組序，而不要假定主機位元組序跟網路位元組序一樣使用的是Big-Endian。由於這個問題曾引發過血案！公司項目代碼中由於存在這個問題，導致了很多莫名其妙的問題，所以請謹記對主機位元組序不要做任何假定，務必將其轉化為網路位元組序再賦給socket。

3.3、listen()、connect()函數

如果作為一個伺服器，在調用socket()、bind()之後就會調用listen()來監聽這個socket，如果用戶端這時調用connect()發出串連請求，伺服器端就會接收到這個請求。

int listen(int sockfd, int backlog);int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

listen函數的第一個參數即為要監聽的socket描述字，第二個參數為相應socket可以排隊的最大串連個數。socket()函數建立的socket預設是一個主動類型的，listen函數將socket變為被動類型的，等待客戶的串連請求。

connect函數的第一個參數即為用戶端的socket描述字，第二參數為伺服器的socket地址，第三個參數為socket地址的長度。用戶端通過調用connect函數來建立與TCP伺服器的串連。

3.4、accept()函數

TCP伺服器端依次調用socket()、bind()、listen()之後，就會監聽指定的socket地址了。TCP用戶端依次調用socket()、connect()之後就想TCP伺服器發送了一個串連請求。TCP伺服器監聽到這個請求之後，就會調用accept()函數取接收請求，這樣串連就建立好了。之後就可以開始網路I/O操作了，即類同於普通檔案的讀寫I/O操作。

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

accept函數的第一個參數為伺服器的socket描述字，第二個參數為指向struct sockaddr *的指標，用於返回用戶端的協議地址，第三個參數為協議地址的長度。如果accpet成功，那麼其傳回值是由核心自動產生的一個全新的描述字，代表與返回客戶的TCP串連。

注意：accept的第一個參數為伺服器的socket描述字，是伺服器開始調用socket()函數產生的，稱為監聽socket描述字；而accept函數返回的是已串連的socket描述字。一個伺服器通常通常僅僅只建立一個監聽socket描述字，它在該伺服器的生命週期內一直存在。核心為每個由伺服器處理序接受的客戶串連建立了一個已串連socket描述字，當伺服器完成了對某個客戶的服務，相應的已串連socket描述字就被關閉。

3.5、read()、write()等函數

萬事具備只欠東風，至此伺服器與客戶已經建立好串連了。可以調用網路I/O進行讀寫操作了，即實現了網咯中不同進程之間的通訊！網路I/O操作有下面幾組：

• read()/write()
• recv()/send()
• readv()/writev()
• recvmsg()/sendmsg()
• recvfrom()/sendto()

我推薦使用recvmsg()/sendmsg()函數，這兩個函數是最通用的I/O函數，實際上可以把上面的其它函數都替換成這兩個函數。它們的聲明如下：

 #include <unistd.h> ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count); ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);  #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h>  ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags); ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);  ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,           const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen); ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,           struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen); ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags);ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);

read函數是負責從fd中讀取內容.當讀成功時，read返回實際所讀的位元組數，如果返回的值是0表示已經讀到檔案的結束了，小於0表示出現了錯誤。如果錯誤為EINTR說明讀是由中斷引起的，如果是ECONNREST表示網路連接出了問題。

write函數將buf中的nbytes位元組內容寫入檔案描述符fd.成功時返回寫的位元組數。失敗時返回-1，並設定errno變數。 在網路程式中，當我們向通訊端檔案描述符寫時有倆種可能。1)write的傳回值大於0，表示寫了部分或者是全部的資料。2)返回的值小於0，此時出現了錯誤。我們要根據錯誤類型來處理。如果錯誤為EINTR表示在寫的時候出現了中斷錯誤。如果為EPIPE表示網路連接出現了問題(對方已經關閉了串連)。

其它的我就不一一介紹這幾對I/O函數了，具體參見man文檔或者baidu、Google，下面的例子中將使用到send/recv。

3.6、close()函數

在伺服器與用戶端建立串連之後，會進行一些讀寫操作，完成了讀寫操作就要關閉相應的socket描述字，好比操作完開啟的檔案要調用fclose關閉開啟的檔案。

#include <unistd.h>int close(int fd);

close一個TCP socket的預設行為時把該socket標記為以關閉，然後立即返回到調用進程。該描述字不能再由調用進程使用，也就是說不能再作為read或write的第一個參數。

注意：close操作只是使相應socket描述字的引用計數-1，只有當引用計數為0的時候，才會觸發TCP用戶端向伺服器發送終止串連請求。

 

網路進程如何通訊

網路層的“ip地址”可以唯一標識網路中的主機，而傳輸層的“協議+連接埠”可以唯一標識主機中的應用程式（進程），這樣利用三元組（ip地址，協議，連接埠）就可以標識網路的進程了，網路中的進程通訊就可以利用這個標誌與其它進程進行互動。

 

通訊端

①   流式通訊端(SOCK--STREAM):該類通訊端提供了連線導向的、可靠的、資料無錯並且無重複的資料發送服務。而且發送的資料是按順序接收的。所有利用該通訊端進行傳遞的資料均被視為連續的位元組流的並且無長度限制。這對資料的穩定性、正確性和發送/接受順序要求嚴格的應用十分適用，TCP使用該類介面。

②  資料報式通訊端(SOCK--DGRAM):資料報式通訊端提供了面向不需連線的服務，不提供正確性檢查，也不保證各資料包的發送順序，因此，可能出現資料的重發、丟失等現象，並且接收順序由具體路由決定。然而，與流式通訊端相比，使用資料報式通訊端對網路線路佔用率較低。在TCP協議組中，UDP使用該類通訊端。

③  原始通訊端(SOCK--RAW):該通訊端一般不會出現在進階網路介面的現中，因為它是直接針對協議的較低層(如IP、TCP、UDP等)直接存取的。用於檢驗新的協議實現或訪問現有服務中配置的新裝置，使用原始通訊端存在絡應用程式的相容性問題，所以一般不推薦使用原始通訊端。

主機位元組序就是我們平常說的大端和小端模式：不同的CPU有不同的位元組序類型，這些位元組序是指整數在記憶體中儲存的順序，這個叫做主機序。

 

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