Linux Socket编程

Linux Socket编程

1、Socket编程具体函数解析参考网址

http://www.cnblogs.com/skynet/archive/2010/12/12/1903949.html（本文转载于此网址，转载请注明源连接）

http://blog.csdn.net/bingxx11/article/details/7822450 (很是经典的异步的TCP通讯模型的解析，强烈推荐)

2、Socket编程的基本知识

2.1 基本TCP客户/服务器程序套接字函数

 

图2.1 TCP服务器/客户端响应方式

2.2 TCP三次握手

 

图2.2 TCP 三次握手创建链接

2.3 TCP断开链接

 

图2.3 TCP 四次握手断开链接

 关于消息发送后的状态转换可参考：

http://www.cnblogs.com/qlee/archive/2011/07/12/2104089.html

3、Socket编程细节知识汇总

3.一、socket()函数

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

socket函数对应于普通文件的打开操做。普通文件的打开操做返回一个文件描述字，而socket()用于建立一个socket描述符（socket descriptor），它惟一标识一个socket。这个socket描述字跟文件描述字同样，后续的操做都有用到它，把它做为参数，经过它来进行一些读写操做。

正如能够给fopen的传入不一样参数值，以打开不一样的文件。建立socket的时候，也能够指定不一样的参数建立不一样的socket描述符，socket函数的三个参数分别为：

• domain：即协议域，又称为协议族（family）。经常使用的协议族有，AF_INET、AF_INET六、AF_LOCAL（或称AF_UNIX，Unix域socket）、AF_ROUTE等等。协议族决定了socket的地址类型，在通讯中必须采用对应的地址，如AF_INET决定了要用ipv4地址（32位的）与端口号（16位的）的组合、AF_UNIX决定了要用一个绝对路径名做为地址。
• type：指定socket类型。经常使用的socket类型有，SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等等（socket的类型有哪些？）。
• protocol：故名思意，就是指定协议。经常使用的协议有，IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等，它们分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议（这个协议我将会单独开篇讨论！）。

注意：并非上面的type和protocol能够随意组合的，如SOCK_STREAM不能够跟IPPROTO_UDP组合。当protocol为0时，会自动选择type类型对应的默认协议。

当咱们调用socket建立一个socket时，返回的socket描述字它存在于协议族（address family，AF_XXX）空间中，但没有一个具体的地址。若是想要给它赋值一个地址，就必须调用bind()函数，不然就当调用connect()、listen()时系统会自动随机分配一个端口。

3.二、bind()函数

正如上面所说bind()函数把一个地址族中的特定地址赋给socket。例如对应AF_INET、AF_INET6就是把一个ipv4或ipv6地址和端口号组合赋给socket。

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

函数的三个参数分别为：

• sockfd：即socket描述字，它是经过socket()函数建立了，惟一标识一个socket。bind()函数就是将给这个描述字绑定一个名字。
• addr：一个const struct sockaddr *指针，指向要绑定给sockfd的协议地址。这个地址结构根据地址建立socket时的地址协议族的不一样而不一样，如ipv4对应的是： 

       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对应的是： 

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域对应的是： 

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

• addrlen：对应的是地址的长度。

一般服务器在启动的时候都会绑定一个众所周知的地址（如ip地址+端口号），用于提供服务，客户就能够经过它来接连服务器；而客户端就不用指定，有系统自动分配一个端口号和自身的ip地址组合。这就是为何一般服务器端在listen以前会调用bind()，而客户端就不会调用，而是在connect()时由系统随机生成一个。

网络字节序与主机字节序

主机字节序就是咱们日常说的大端和小端模式：不一样的CPU有不一样的字节序类型，这些字节序是指整数在内存中保存的顺序，这个叫作主机序。引用标准的Big-Endian和Little-Endian的定义以下：

a) Little-Endian就是低位字节排放在内存的低地址端，高位字节排放在内存的高地址端。

b) Big-Endian就是高位字节排放在内存的低地址端，低位字节排放在内存的高地址端。

网络字节序：4个字节的32 bit值如下面的次序传输：首先是0～7bit，其次8～15bit，而后16～23bit，最后是24~31bit。这种传输次序称做大端字节序。因为TCP/IP首部中全部的二进制整数在网络中传输时都要求以这种次序，所以它又称做网络字节序。字节序，顾名思义字节的顺序，就是大于一个字节类型的数据在内存中的存放顺序，一个字节的数据没有顺序的问题了。

因此：在将一个地址绑定到socket的时候，请先将主机字节序转换成为网络字节序，而不要假定主机字节序跟网络字节序同样使用的是Big-Endian。因为这个问题曾引起过血案！公司项目代码中因为存在这个问题，致使了不少莫名其妙的问题，因此请谨记对主机字节序不要作任何假定，务必将其转化为网络字节序再赋给socket。

3.三、listen()、connect()函数

若是做为一个服务器，在调用socket()、bind()以后就会调用listen()来监听这个socket，若是客户端这时调用connect()发出链接请求，服务器端就会接收到这个请求。

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

listen函数的第一个参数即为要监听的socket描述字，第二个参数为相应socket能够排队的最大链接个数。socket()函数建立的socket默认是一个主动类型的，listen函数将socket变为被动类型的，等待客户的链接请求。

connect函数的第一个参数即为客户端的socket描述字，第二参数为服务器的socket地址，第三个参数为socket地址的长度。客户端经过调用connect函数来创建与TCP服务器的链接。

3.四、accept()函数

TCP服务器端依次调用socket()、bind()、listen()以后，就会监听指定的socket地址了。TCP客户端依次调用socket()、connect()以后就想TCP服务器发送了一个链接请求。TCP服务器监听到这个请求以后，就会调用accept()函数取接收请求，这样链接就创建好了。以后就能够开始网络I/O操做了，即类同于普通文件的读写I/O操做。

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

accept函数的第一个参数为服务器的socket描述字，第二个参数为指向struct sockaddr *的指针，用于返回客户端的协议地址，第三个参数为协议地址的长度。若是accpet成功，那么其返回值是由内核自动生成的一个全新的描述字，表明与返回客户的TCP链接。

注意：accept的第一个参数为服务器的socket描述字，是服务器开始调用socket()函数生成的，称为监听socket描述字；而accept函数返回的是已链接的socket描述字。一个服务器一般一般仅仅只建立一个监听socket描述字，它在该服务器的生命周期内一直存在。内核为每一个由服务器进程接受的客户链接建立了一个已链接socket描述字，当服务器完成了对某个客户的服务，相应的已链接socket描述字就被关闭。

3.五、read()、write()等函数

万事具有只欠东风，至此服务器与客户已经创建好链接了。能够调用网络I/O进行读写操做了，即实现了网咯中不一样进程之间的通讯！网络I/O操做有下面几组：

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

我推荐使用recvmsg()/sendmsg()函数，这两个函数是最通用的I/O函数，实际上能够把上面的其它函数都替换成这两个函数。它们的声明以下：

 #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函数是负责从fd中读取内容.当读成功时，read返回实际所读的字节数，若是返回的值是0表示已经读到文件的结束了，小于0表示出现了错误。若是错误为EINTR说明读是由中断引发的，若是是ECONNREST表示网络链接出了问题。

write函数将buf中的nbytes字节内容写入文件描述符fd.成功时返回写的字节数。失败时返回-1，并设置errno变量。 在网络程序中，当咱们向套接字文件描述符写时有俩种可能。1)write的返回值大于0，表示写了部分或者是所有的数据。2)返回的值小于0，此时出现了错误。咱们要根据错误类型来处理。若是错误为EINTR表示在写的时候出现了中断错误。若是为EPIPE表示网络链接出现了问题(对方已经关闭了链接)。

其它的我就不一一介绍这几对I/O函数了，具体参见man文档或者baidu、Google，下面的例子中将使用到send/recv。

3.六、close()函数

在服务器与客户端创建链接以后，会进行一些读写操做，完成了读写操做就要关闭相应的socket描述字，比如操做完打开的文件要调用fclose关闭打开的文件。

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

close一个TCP socket的缺省行为时把该socket标记为以关闭，而后当即返回到调用进程。该描述字不能再由调用进程使用，也就是说不能再做为read或write的第一个参数。

注意：close操做只是使相应socket描述字的引用计数-1，只有当引用计数为0的时候，才会触发TCP客户端向服务器发送终止链接请求。

 

网络进程如何通讯

网络层的“ip地址”能够惟一标识网络中的主机，而传输层的“协议+端口”能够惟一标识主机中的应用程序（进程），这样利用三元组（ip地址，协议，端口）就能够标识网络的进程了，网络中的进程通讯就能够利用这个标志与其它进程进行交互。

 

套接字

①   流式套接字(SOCK--STREAM):该类套接字提供了面向链接的、可靠的、数据无错而且无重复的数据发送服务。并且发送的数据是按顺序接收的。全部利用该套接字进行传递的数据均被视为连续的字节流的而且无长度限制。这对数据的稳定性、正确性和发送/接受顺序要求严格的应用十分适用，TCP使用该类接口。

②  数据报式套接字(SOCK--DGRAM):数据报式套接字提供了面向无链接的服务，不提供正确性检查，也不保证各数据包的发送顺序，所以，可能出现数据的重发、丢失等现象，而且接收顺序由具体路由决定。然而，与流式套接字相比，使用数据报式套接字对网络线路占用率较低。在TCP协议组中，UDP使用该类套接字。

③  原始套接字(SOCK--RAW):该套接字通常不会出如今高级网络接口的现中，由于它是直接针对协议的较低层(如IP、TCP、UDP等)直接访问的。用于检验新的协议实现或访问现有服务中配置的新设备，使用原始套接字存在络应用程序的兼容性问题，因此通常不推荐使用原始套接字。

主机字节序就是咱们日常说的大端和小端模式：不一样的CPU有不一样的字节序类型，这些字节序是指整数在内存中保存的顺序，这个叫作主机序。

 4、程序实例

http://c.biancheng.net/cpp/html/3030.html