C语言socket编程

基本套接字函数(8个)

socket()

#include
#include
int socket(int family,int type,int protocol);
//返回套接字描述符，失败则返回-1.
//该函数实际为socket数据结构分配空间
int fd;
fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

family指定协议簇：

​ AF_INET，ipv4

​ AF_UNIX，UNIX 进程通信协议

​ AF_ISO，iso协议簇

​ AF_INET6，ipv6

type:表示套接字类型：

​ SOCK_STREAM，双向连续且可信赖虚电路服务，tcp。

​ SOCK_DGRAM，不连续不可信赖数据报服务，udp。

​ SOCK_SEQPACKET，连续且可信赖，有序分组套接字。

​ SOCK_RAW，原始套接字。

​ SOCK_RDM，能可靠交付信息的数据报套接字。

protocol：指定协议。通常为0，即默认协议。

socketpair()

#include
#include
int socketpair(int family,int type,int protocol,int fd_array[2]);
//建立一对套接字描述符而不是文件描述符。成功则返回2，失败则返回-1。

family只能为AF_UNIX或AF_LOCAL。

这里两个套接字描述符是双向的，而管道是单向的。

bind()

#include
#include
int bind(int fd,struct sockaddr* addr,int addrlen);
//成功则返回0，失败则返回-1.

fd是socket()返回的套接字描述符。

addr是struct sockaddr结构体的指针。

addrlen为sizeof(struct sockaddr)。

#include
#include
struct sockaddr{
  unsigned short sa_family;   //AF_XXXX
  char           sa_data[14]; //address
};

struct sockaddr_in{
  short sin_family;   //AF_XXXX
  unsigned short sin_port;//using htons().
  struct in_addr sin_addr;//using 
  unsigned char sin_zero[8]; //填充以与sockaddr对齐
};//解决了struct sockaddr的缺陷，分开地址和端口。
//调用bind(),accept()等函数时需把struct sockaddr_in*转换为struct sockaddr*
 struct in_addr{
  in_addr_t s_addr;    //32位的IPv4地址(typedef uint32_t in_addr_t;)
};

要转换为网络字节顺序(NBO)的地址和端口类型有两种，short(2字节)和long(4字节)。

sin_family 没有发送到网络上，它们可以是本机字节顺序。

htons()–“Host to Network Short”

htonl()–“Host to Network Long”

ntohs()–“Network to Host Short”

ntohl()–“Network to Host Long”

而__ip地址这样转为NBO__

myAddr.sin_addr.s_addr=inet_addr("192.168.0.0")

若要转为点格式（ascii）:printf("%s\n",inet_ntoa(myAddr.sin_addr))

注意：每次调用 inet_ntoa()，它就将覆盖上次调用时所得的IP地址，即静态指针。

以上转换函数头文件arpa/inet.h，winsock2.h.

注意，inet_addr()返回的地址已经是网络字节格式，所以你无需再调用 函数htonl()。

//sockaddr_in和bind用法
struct sockaddr_in myAddr;
bzero(&myAddr,sizeof(myAddr));//推荐
memset(&myAddr,0，sizeof(myAddr))；
myAddr.sin_family=AF_INET;
myAddr.sin_port=htons(16);//0x0010-->0x1000,实际应用应大于1024.0端口为自己选择端口。
if(myAddr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY)<0) //0x00000000,任意网络设备接口，服务器常用。
{
  perror("inet_addr error.");exit(1);
}
/*或
if (inet_aton(argv[1], (struct in_addr *)&myAddr.sin_addr.s_addr) == 0) {
        perror(argv[1]);
        exit(errno);
    }
*/
if(bind(myAddr,(struct sockaddr*)&saddr,sizeof(saddr))<0)
  {
  perror("bind error");
  exit(1);
}

listen()

#include 
int listen( int sockfd, int qlen);
//sockfd只能是SOCK_STREAM,SOCK_SEQPACKET类型
//qlen为请求队列长度，通常为20.
//错误返回-1

至此，服务器端调用顺序为socket(),bind(),listen()。

connect()

#include
#include
int connect(int sockfd,struct sockaddr *addr,int addrlen);
//客户端函数，用来连接服务器。
//错误时返回-1。
if(connect(mySock,(struct sockaddr*)&serveAddr,sizeof(serveAddr))<0)
{
  perror("connect error");
  exit(1);
};
//客户端不需要bind(),即端口不需要指定。

accept()

#include
#include
int accept(int sockfd, struct sockaddr*addr, int* addrlen);
//成功则返回新的socket 处理代码, 失败返回-1, 错误原因存于errno 中
clientSock=accept(serveSock,(struct sockaddr *)&clientAddr,&sizeof(struct sockaddr_in));
if clientSock<0
{
	perror("client accept error.");
	exit(1);
}

read()&write()

#include
int read(int sockfd,char*buf,int len);
int write(int sockfd,char*buf,int len);

高级套接字函数

send()&sendto()&recv()&recvfrom()

#include
#include
//typedef int ssize_t;(signed size_t)
ssize_t send(int sockfd,const void* msg,size_t len,int flags);
ssize_t sendto(int sockfd,const void* msg,size_t len,int flags,struct sockaddr *dest_addr,int addrlen);
ssize_t recv(int sockfd,const void* msg,size_t len,int flags);
ssize_t recvfrom(int sockfd,const void* msg,size_t len,int flags,struct sockaddr *src_addr,int addrlen);
//falgs为0时，功能同write()和read().
//错误的时候返回-1，并设置 errno。

sendmsg()&recvmsg()

#include
#include
#include
struct iovec{
  caddr_t	iov_base;//buf起始地址，typedef void* caddr_t.
  int		iov_len;     //buf长度
}；
struct msghdr{
  caddr_t	msg_name; //目的套接字地址
  int		msg_namelen;
  struct iovec* msg_iov;//包含msg
  int		msg_iovlen;
  caddr_t	msg_accrights;//访问权限
  int		msg_addrightslen;
}
int sendmsg(int sockfd,struct msghdr* msgp,int flags);
int recvmsg(int sockfd,struct msghdr* msgp,int flags);

sendmsg可以规格化数据以及发送被中断了的数据。

readv()&writev()

#include
#include
ssize_t readv(int fd,const struct iovec *iov,int iovcnt);
ssize_t writev(int fd,const struct iovec *iov,int iovcnt);
//一次读写多个非连续缓存，又称散布读(scatter read)和聚集写(gather write).
//成功则返回读写字节数，失败则返回-1.

close()&shutdown()

#include
int close(int fd);

#include
int shutdown(int fd,int how);
//how
//0:停止读
//1:停止写
//2:停止读写
//成功则返回0，失败则返回-1.

gethostname()

#include
#include
int gethostname(char*hostname,size_t len);
//成功时返回 0，失败时返回 -1，并设置errno。

getpeername()

#include
#include
int getpeername(int sockfd,struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
//获得与指定套接字连接的对等进程名。

getsockname()

#include
#include
int getsockname(int sockfd,struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
//返回与套接字连接的本地进程的地址和进程元素。

getsockopt()&setsockopt()

int getsockopt(int sockfd, int level, int optname, void *optval,sock_len_t*optlen);
int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, void *optval, sock_len_t optlen);

level －选项级别

• SOL_SOCKET — 通用 socket 选项

• IPPROTO_TCP—TCP 选项

• IPPROTO_IP—IP 选项

optname— 选项名称

• SO_KEEPALIVE,v 设置该选项后，一段时间（通常 2 小时）内没有数据交换时， TCP 协议将自动发送探测数据包，检查网络连接.
• SO_RCVBUF 和 SO_SNDBUF,v 发送和接收数据缓冲区的大小（在连接建立以前设置）.
• SO_RCVTIMEO 和 SO_SNDTIMEO,v 发送和接收超时，当指定时间内数据没有成功接收或发送，发送和接收函数将返回.
• SO_REUSEADDR,v 一般一个端口释放后会等待两分钟才能被再次使用，该选项可让端口释放后立即就可以被再次使用，这通常在重启监听服务器时可避免 bind 函数出错v 允许在同一端口上启动同一服务器的多个实例，只要每个实例捆绑一个不同的本地 IP 地址即可.

fcntl()

int fcntl(int fd,int cmd,…);

功能：改变套接字属性

• 设置 socket 为阻塞 / 非阻塞模式

• 设置允许 / 不允许接收异步 I/O 信号

• 设置 / 获取 socket 的所有者

返回值： ≥0 －成功， -1 －失败

cmd	参数	ret	说明
F_GETFL	0	描述符标志	获得描述符标志
F_SETFL	O_NONBLOCK	成功0，否则-1	设置socket为非阻塞方式
	O_ASYNC	成功0，否则-1	设置允许SIGIO异步通知
F_GETOWN	int*	成功0，否则-1	获得socket的所有者
F_SETOWN	int	成功0，否则-1	设置socket的所有者

ioctl()

功能：控制输入输出

• req －执行的操作类型

• 第三个参数－总是指针类型，存储操作返回的数据或操作所需的数据

返回值： 0 －成功， -1 －失败

man 2 ioctl_list

req	参数	说明
SIOCATMARK	int*	检测是否到达带外标记
FIONBIO	int*	非阻塞模式
FIOASYNC	int*	异步输入/输出标志
SIOCSPGRP	int*	设置/获取目标进程或进程组
/SIOCGPGRP
FIONREAD	int*	缓冲区中有多少字节数据可读

多路复用

通过一种机制，可以监视多个描述符，一旦某个描述符就绪（一般是读就绪或者写就绪），能够通知程序进行相应的读写操作。

select()

int select(
  int maxfd,
  fd_set *rdset,
  fd_set *wrest,
  fd_set *exset,
  struct timeval *timeout);

返回值：

• 有描述符就绪则返回就绪的描述符个数；超时时间内没有描述符就绪返回 0 ；执行失败返回-1 。

参数：

• maxfd －集合中所有描述符的最大值 +1

• rdset －需要测试是否可读的描述符集合（包括处于listen 状态的 socket 接收到连接请求）

• wrset －需要测试是否可写的描述符集合（包括以非阻塞方式调用 connect 是否成功）

• exset －需要测试是否异常的描述符集合（包括接收带外数据的 socket 有带外数据到达）

• timeout －指定测试超时的时间 .若将 NULL 以形参传入，即不传入时间结构，就是将
  select 置于阻塞状态，一定等到监视文件描述符集合中某个文件描述符发生变化为止；
  若将时间值设为__0 秒 0 毫秒___，就变成一个纯粹的非阻塞函数，不管文件描述符是否有变化，都立刻返回继续执行，文件无变化返回 0 ，有变化返回一个正值.timeout 的值__大于 0__,则该时间内阻塞。

功能：

检查多个文件描述符（ socket 描述符）是否就绪，当某一个描述符就绪（可读、可写或发生异
常）时函数返回，可以实现输入输出多路复用.

select()把一些文件描述符集合在一起，如果某个文件描述符的状态发生变化，比如进入“写就绪”或者“读就绪”状态，函数 select 会立即返回，并且通知进程读取或写入数据；如果没有 I/O 到达，进程将进入阻塞，直到函数 select 超时退出为止。

FD_SET()

void FD_SET(int fd,fd_set* fdset);

将一个描述符添加到描述符集合

FD_CLR()

void FD_CLR(int fd,fd_set* fdset);

将一个描述符从描述符集合中清除

FD_ZERO()

void FD_ZERO(fd_set* fdset)

清空描述符集合

FD_ISSET()

int FD_ISSET(int fd,fd_set* fdset)

检查描述符是否在集合中，如果在集合中返回非 0 值，否则返回 0.

在设置描述符集合前应该先调用 FD_ZERO 将集合清空，每次调用 select 函数前应该重新设置读、写和错
误 3 个集合；三个集合中的描述符可以交叉.

网络服务器分类

循环服务器

同一时刻只能处理一个客户端请求

并发服务器

同一时刻可以处理多个客户端请求

一般是UDP循环，TCP并发。

信号机制

进程四要素

要有一段程序供该进程运行；
进程专用的系统堆栈空间；
进程控制块 PCB ， Linux 下为 task_struct 结构；
有独立的存储空间

守护进程

守护进程特点：
通常在系统初始化时被启动；
生存期为系统执行时间；
一直等待事件发生并处理事件；
可以利用其他进程完成各种请求；
一般不和终端发生联系

信号来源

信号来源：
通过系统调用，比如 kill ：int kill(int pid, int sig);
通过 kill 命令，比如 kill -9 pid 发送 SIGKILL 信号；
特定键盘字符，比如 ctrl+c 产生 SIGINT 信号；
硬件故障，比如 SIGFPE 为浮点算术错信号；
某些软件产生，比如加急数据到达的 SIGURG 信号。

 int sigaction(int signum, 
               const struct sigaction *act,
               struct sigaction *oldact); 
/*
 功能：绑定信号和处理信号的函数指针（通过一个结
构体实现）；
 函数参数 :
 signum— 指定需要捕获的信号， SIGKILL 和 SIGSTOP
不能指定；
 act— 指定处理捕获信号的动作；
 oldact— 存储旧的动作
*/
struct sigaction {                  
void (*sa_handler)(int);   // 函数指针
sigset_t sa_mask;  // 屏蔽的信号集
int sa_flags; // 标志
void (*sa_restorer)(void);  // 已废弃
}
/*
 sa_handler 指定信号的动作：
 使用默认动作时设置为 SIG_DFL ；
 忽略信号时设置为 SIG_IGN ；
 使用用户指定的处理函数时设置为相应处理函数。
*/
 void (*signal(int signum,void (*handler)(int)))(int);
/*
参数：
 signum— 指定需要捕获的信号 ,SIGKILL 和 SIGSTOP 不能
指定  
 handler— 指定信号处理函数  
 返回值：void (*)(int);若成功返回原来的信号处理配置，如出错则为
SIG_ERR
如果使用下面的typedef，则可使其简单一些：
typedef void Sigfunc（int）；
然后，可将signal函数原型写成：
Sigfunc *signal（int，Sigfunc *）；
*/

IPC

Linux进程间通信（ InterProcess Communication ，IPC ）信主要方式：

• 管道及命名管道：管道可用于具有亲缘关系进程间的通信，命名管道允许无亲缘关系进程间的通信；

• 消息队列：消息的链接表，克服了信号灯承载信息量少，管道只能承载无格式字节流及缓冲区大小受限等缺点；

• 共享内存：使得多个进程可以访问同一块内存空间，速度最快，常与信号量结合实现进程间同步及互斥；

• 信号灯（或信号量）：主要作为进程间及同一进程不同线程之间的同步手段；

• 套接字：因特网套接字主要面向不同主机进程间通信， UNIX 域套接字面向同一主机上进程间通信

OOB

带外数据 OOB ，即 Out-Of-Band data ，用于快速传递数据信息，让这些信息在正常的网
络数据前到达目的地.也被称为快速数据（ expedited data ），拥有比一般数据高的优先级；

IO模型

Linux 系统四种主要 I/O 模型：

• 阻塞式 I/O

套接字的默认模型， I/O 无法完成时进入阻塞（即睡眠）； 优点：编程简单；进程阻塞期间不占用 CPU 时间，不影响其他进程的工作效率；

缺点：进程可能长时间睡眠，在此期间无法执行别的任务，自身效率不高；

• 非阻塞式 I/O

I/O 无法完成时进程不进入睡眠状态，而是立即返回一个错误； 优点：进程可以执行后续代码，提高自身工作效率；
缺点：进程一直运行，占用大量 CPU 时间检测 I/O 操作是
否完成，影响其他进程运行效率；

• 多路复用 I/O

将多个 I/O 通道合成一组，通过 select() 函数来监视一组 I/O 通道的状态； 任何一个通道就绪，进程被激活，进行下一步处理，否则一直阻塞在 select() 函数（也可以设置一段超时时间）；

• 信号驱动 I/O

当描述符可以进行 I/O 操作时，操作系统内核发出一个 SIGIO 信号（表 4-1 ），通知用户进程启动一个 I/O 操作；
其余时间，用户进程不阻塞，可以执行其他操作；
通常只在 UDP 协议下使用， TCP 套接字基本不使用。