Linux网络编程——socket详解

1. socket数据报和流式套接字的工作过程

2.socket流程

2.1 创建socket

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

1. domain：表示此socket的通信域（协议族），决定此socket到底是用于哪个域中的，网络PC间通信还是本地PC不同进程的通信等
   
   比如，AF_UNIX，表示本地通信，其具体的绑定形式为文件路径；而对于AF_INET，表示网络通信，其具体绑定形式为ip+port。

2. type：套接字的类型，进一步确定通信特征。比如说报文、有连接、无连接等。不同的type对应的protocol也不同
   

3. protocol：表示为给定域和套接字类型选择默认协议，当对同一域和套接字类型支持多个协议时，可以通过该字段来选择一个特定协议，通常默认为0.上面设置的socket类型，在执行的时候也会有默认的协议类型提供，比如SOCK_STREAM就TCP协议
   

2.2 创建socket时的具体内核调用——socket()

其具体的系统调用为 int server_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);（这里以AF_INET域的TCP流式协议为例）。
首先它会在系统内部创建一个socket结构，然后将此socket结构与某个文件描述符fd绑定（Linux中一切皆文件），相当于是给这个socket起了一个名字，这样便可以通过fd来索引socket。

回想一下I/O模型中的I/O多路复用中的epoll不正是通过监听fd来响应连接请求的吗。

2.3 socket地址绑定——bind()

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

前面只是创建了socket并与fd绑定，但是具体的socket地址还不清楚，比如说如果domain选择了AF_INET域，那必然需要指定本机ip+port。相当于前面只是给socket起了名字，但这个socket到底是哪个市（port），哪个省（ip）的还不知道，所以要想找到这个人（socket），必须通过ip+port+fd来确定。

• sockfd：前一阶段生成的fd
• addr：指向sockaddr 的指针，而sockaddr就表示socket的地址结构。
  对于AF_INET域来说，其地址结构就需要指定port，ip，比如：

  addr.sin_family = AF_INET;
  addr.sin_port = htons(MYPORT)
  addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.101.101")
  

  对于AF_UNIX域来说，其地址结构就需要指定用于交互的文件绝对路径名

  addr.sin_family = AF_UNIX;
  addr.sun_path = "/tmp/path"
  

总结一下，bind()是系统函数暴露给用户的api，针对不同的协议族，其底层sys_bind()函数有多种形式，比如上面我们介绍了的AF_INET协议族和AF_UNIX协议族。内核的socket结构和fd是在调用socket函数时根据协议生成的，他绑定了不同的bind()函数形式。

2.4 socket监听——listen()

int listen(int sockfd, int backlog);

前面我们完成了socket的创建和绑定，但是如何让server直到是否有其它程序的socket连接请求呢，那就需要server监听socket队列，让其它程序发出的socket连接请求首先放入到一个可连接队列中，然后server监听这个队列，每当server空闲的时候，就可以accept一个socket。

2.5 server建立socket连接——accept()

client_fd =  int accept(int sockfd, struct sockaddr *restric addr, socklen_t *restrict len);

• sockfd:原始侦听socket队列的fd
• addr：指向客户端sockaddr 信息的指针（客户端的sockaddr 由sys_accept()通过相应协议栈解析生成，比如ip等）

注意点是，accept返回的是客户端socket在server端分配的一个新的文件描述符fd，相当于server端是通过和这个新fd来与client通信。于是后面要传入到client的数据可以使用相应的I/O函数进行写入，比如write方式写到这个fd对应的文件中（socket本身都是文件描述符），然后由相应的系统调用去从这个fd中读取数据并返回给client。

注意这里只是建立连接，并未涉及到和客户端socket_fd的具体交互模式，比如当有多个客户端连接的时候，就会产生多个fd，而对于大量的fd，有些数据还没有传输完成，有些完成了，那server如何和这些fd进行交互即何种I/O模式（阻塞BIO、非阻塞NIO、异步AIO），其中最常见的就是I/O多路复用，这一块关于 服务器的I/O模式 后面会专门写一篇讲解。

2.6 client发起socket连接——connect()

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

• sockfd:客户端创建socket生成的fd
• sockaddr ：指向server端的socket信息（比如IP等）的指针