Unix网络编程随手记——套接字接口函数

套接字接口（socket interface）是一组函数，它们和Unix I/O函数结合起来，用以建立网络应用。大多数现代系统上都实现套接字接口，包括全部的Unix变种、Windows和Macintosh。

1．套接字的基本结构

struct sockaddr

这个结构用来存储套接字地址。

数据定义：

1 struct sockaddr 
2 {
3   unsigned short sa_family; /* address族, AF_xxx */
4   char sa_data[14];         /* 14 bytes的协议地址 */
5 
6 };

sa_family 通常来讲，都是“AFINET”。

sa_data 包含了一些远程电脑的地址、端口和套接字的数目，它里面的数据是杂溶在一块儿的。

为了处理struct sockaddr， 程序员创建了另一个类似的结构 struct sockaddr_in：

struct sockaddr_in (“in” 表明 “Internet”)

1 struct sockaddr_in
2  {
3   short int sin_family; /* Internet地址族 */
4   unsigned short int sin_port; /* 端口号 */
5   struct in_addr sin_addr; /* Internet地址 */
6   unsigned char sin_zero[8]; /* 添0（和struct sockaddr同样大小）*/
7 };

这个结构提供了方便的手段来访问socket address（struct sockaddr）结构中的每个元素。

2.基本套接字调用

socket() 函数

客户端和服务器使用socket函数来建立一个套接字描述符。

 socket 函数的定义是下面这样子的：

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

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

若成功则返回非负描述符，出错返回-1。

在咱们的代码中，通常老是带这样的参数来调用socket函数：

client = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)；

其中，AF_INET代表咱们是在使用因特网，而SOCK_STREAM表示打开的是一个TCP套接字，0表示使用缺省方式。

bind() 函数

bind()函数能够帮助你指定一个套接字使用的端口。

当你使用socket() 函数获得一个套接字描述符，你也许须要将socket 绑定上一个你的机器上的端口。

当你须要进行端口监听 listen()操做，等待接受一个连入请求的时候，通常都须要通过这一步。

若是你只是想进行链接一台服务器，也就是进行 connect() 操做的时候，这一步并非必须的。

bind()的系统调用声明以下：

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

int bind (int sockfd , struct sockaddr *my_addr , int addrlen) ;

参数说明：

sockfd 是由socket()函数返回的套接字描述符。

my_addr 是一个指向struct sockaddr 的指针，包含有关你的地址的信息：名称、端口和IP 地址。

addrlen 能够设置为sizeof(struct sockaddr)。

connect()函数

让咱们花一点时间来假设你是一个Telnet 应用程序。你的使用者命令你创建一个套接字描述符。你听从命令，调用了socket()。

而后，使用者告诉你链接到“166.111.69.52”的23 端口（标准的Telnet 端口）⋯⋯你应该怎么作呢？

你很幸运：Telnet 应用程序，你如今正在阅读的就是套接字的进行网络链接部分：connect()。

connect() 函数的定义是这样的：

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

int connect (int sockfd, struct sockaddr *serv_addr, int addrlen);

connect()的三个参数意义以下：

sockfd ：套接字文件描述符，由socket()函数返回的。

serv_addr 是一个存储远程计算机的IP 地址和端口信息的结构。

addrlen 应该是sizeof(struct sockaddr)。

listen() 函数

listen()函数是等待别人链接，进行系统侦听请求的函数。当有人链接你的时候，你有两步须要作：

经过listen()函数等待链接请求，而后使用accept()函数来处理。（accept()函数在下面介绍）。

listen()函数调用是很是简单的。函数声明以下：

#include <sys/socket.h>

int listen(int sockfd, int backlog);

listen()函数的参数意义以下：

sockfd 是一个套接字描述符，由socket()系统调用得到。

backlog 是未通过处理的链接请求队列能够容纳的最大数目。

backlog 具体一些是什么意思呢？每个连入请求都要进入一个连入请求队列，等待

listen 的程序调用accept()（accept()函数下面有介绍）函数来接受这个链接。当系统尚未

调用accept()函数的时候，若是有不少链接，那么本地可以等待的最大数目就是backlog 的数值。

《深刻理解计算机系统》这本书推荐通常设置为一个比较大的数，如1024.

accept()函数

函数accept()有一些难懂。当调用它的时候，大体过程是下面这样的：

l 有人从很远很远的地方尝试调用 connect()来链接你的机器上的某个端口（固然是

你已经在listen()的）。

l 他的链接将被 listen 加入等待队列等待accept()函数的调用（加入等待队列的最多

数目由调用listen()函数的第二个参数backlog 来决定）。

l 你调用 accept()函数，告诉他你准备链接。

l accept()函数将回返回一个新的套接字描述符，这个描述符就表明了这个链接！

好，这时候你有了两个套接字描述符，返回给你的那个就是和远程计算机的链接，而

第一个套接字描述符仍然在你的机器上原来的那个端口上listen()。

这时候你所获得的那个新的套接字描述符就能够进行send()操做和recv()操做了。

下面是accept()函数的声明：

#include <sys/socket.h>

int accept(int sockfd, void *addr, int *addrlen);

accept()函数的参数意义以下：

sockfd 是正在listen() 的一个套接字描述符。

addr 通常是一个指向struct sockaddr_in 结构的指针；里面存储着远程链接过来的计算机的信息（好比远程计算机的IP 地址和端口）

send()、recv()函数

这两个函数是最基本的，经过有链接的套接字流进行通信的函数。

send() 函数的声明：

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

int send(int sockfd, const void *msg, int len, int flags);

send 的参数含义以下：

l sockfd 是表明你与远程程序链接的套接字描述符。

l msg 是一个指针，指向你想发送的信息的地址。

l len 是你想发送信息的长度。

l flags 发送标记。通常都设为0

函数recv()调用在许多方面都和send()很类似，下面是recv()函数的声明：

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

int recv(int sockfd, void *buf, int len, unsigned int flags）;

recv()的参数含义以下：

l sockfd 是你要读取数据的套接字描述符。

l buf 是一个指针，指向你能存储数据的内存缓存区域。

l len 是缓存区的最大尺寸。

l flags 是recv() 函数的一个标志，通常都为0 （具体的其余数值和含义请参考recv()

的man pages）。

recv() 返回它所真正收到的数据的长度。

sendto() 和recvfrom() 函数

这两个函数是进行无链接的UDP 通信时使用的。使用这两个函数，则数据会在没有

创建过任何链接的网络上传输。由于数据报套接字没法对远程主机进行链接，想一想咱们在

发送数据前须要知道些什么呢？

对了！是远程主机的IP 地址和端口！

下面是sendto()函数和recvfrom()函数的声明：

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

int sendto（int sockfd, const void *msg, int len, unsigned int flags,

const struct sockaddr *to, int tolen）;

和你所看到的同样，这个函数和send()函数基本一致。

l sockfd 是表明你与远程程序链接的套接字描述符。

l msg 是一个指针，指向你想发送的信息的地址。

l len 是你想发送信息的长度。

l flags 发送标记。通常都设为0。（你能够查看send 的man pages 来得到其余的参

数值而且明白各个参数所表明的含义）

l to 是一个指向struct sockaddr 结构的指针，里面包含了远程主机的IP 地址和端口

数据。

l tolen 只是指出了struct sockaddr 在内存中的大小sizeof(struct sockaddr)。

和send()同样，sendto()返回它所真正发送的字节数（固然也和send()同样，它所真正

发送的字节数可能小于你所给它的数据的字节数）。当它发生错误的时候，也是返回 –1 ，

同时全局变量errno 存储了错误代码。

一样的，recv()函数和recvfrom()函数也基本一致。

recvfrom()的声明为：

#include <sys/types.h>

- 156 - Linux网络编程

#include <sys/socket.h>

int recvfrom(int sockfd, void *buf, int len, unsigned int flags

struct sockaddr *from, int *fromlen);

其参数含义以下：

l sockfd 是你要读取数据的套接字描述符。

l buf 是一个指针，指向你能存储数据的内存缓存区域。

l len 是缓存区的最大尺寸。

l flags 是recv() 函数的一个标志，通常都为0 （具体的其余数值和含义请参考recv()

的man pages）。

l from 是一个本地指针，指向一个struct sockaddr 的结构（里面存有源IP 地址和端

口数）。

l fromlen 是一个指向一个int 型数据的指针，它的大小应该是sizeof （struct sockaddr）。

当函数返回的时候，formlen 指向的数据是form 指向的struct sockaddr 的实际大小。

recvfrom() 返回它接收到的字节数，若是发生了错误，它就返回-1。

close()和shutdown()函数

程序进行网络传输完毕后，你须要关闭这个套接字描述符所表示的链接。实现这个非

常简单，只须要使用标准的关闭文件的函数：close()。

使用方法：

close(sockfd);

执行close()以后，套接字将不会在容许进行读操做和写操做。任何有关对套接字描述

符进行读和写的操做都会接收到一个错误。

若是你想对网络套接字的关闭进行进一步的操做的话，你可使用函数shutdown()。

它容许你进行单向的关闭操做，或是所有禁止掉。

shutdown()的声明为：

#include <sys/socket.h>

int shutdown（int sockfd, int how）;

它的参数含义以下：

l sockfd 是一个你所想关闭的套接字描述符．

l how 能够取下面的值。0 表示不容许之后数据的接收操做；1 表示不容许之后数据的发送操做；2 表示和close()同样，不容许之后的任何操做（包括接收，发送数据）

shutdown() 若是执行成功将返回0，若是在调用过程当中发生了错误，它将返回–1，全

局变量errno 中存储了错误代码。

setsockopt() 和getsockopt() 函数

Linux 所提供的socket 库含有一个错误（bug）。此错误表现为你不能为一个套接字从新启用同一个端口号，即便在你正常关闭该套接字之后。

例如，比方说，你编写一个服务器在一个套接字上等待的程序．服务器打开套接字并在其上侦听是没有问题的。不管如何，总有一些缘由（不论是正常仍是非正常的结束程序）

使你的程序须要从新启动。然而重启动后你就不能把它绑定在原来那个端口上了。从bind()系统调用返回的错误代码老是报告说你试图链接的端口已经被别的进程所绑定。问题

就是Linux 内核在一个绑定套接字的进程结束后从不把端口标记为未用。在大多数Linux/UNIX 系统中，端口能够被一个进程重复使用，甚至能够被其它进程使用。在Linux 中绕开

这个问题的办法是，当套接字已经打开但还没有有链接的时候用setsockopt()系统调用在其上设定选项（options）。setsockopt() 调用设置选项而getsockopt()从给定的套接字取得选项。

这里是这些调用的语法：

#include<sys/types.h>

#include<sys/socket.h>

int getsockopt(int sockfd, int level, int name, char *value, int *optlen);

int setsockopt(int sockfd, int level, int name, char *value, int *optlen);

下面是两个调用的参数说明：

l sockfd 必须是一个已打开的套接字。

l level 是函数所使用的协议标准（protocol level）（TCP/IP 协议使用IPPROTO_TCP，

套接字标准的选项实用SOL_SOCKET）。

l name 选项在套接字说明书中（man page）有详细说明。

l value 指向为getsockopt()函数所获取的值，setsockopt()函数所设置的值的地址。

l optlen 指针指向一个整数，该整数包含参数以字节计算的长度。

如今咱们再回到Linux 的错误上来．当你打开一个套接字时必须同时用下面的代码段

来调用setsockopt()函数：

/* 设定参数数值 */

opt = 1; len = sizeof(opt);

/* 设置套接字属性 */

setsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&opt,&len);

 

本文章参考了《深刻理解计算机系统》和博主流云揽月的文章。