最近重温网络的时候,突然发现,底层就那么些接口,java肯定也是封装了底层接口,看过我前面Nio相关的小伙伴肯定知道对这些类有点影响(Buffer,Channel,Selector,SelectionKey),可是跟底层对应不起来啊,这一篇就透过源码看一下,大概能帮助你更好的了解这几个类,及底层的实现。偏重个人兴趣向整理,如有不适,欢迎吐槽
Linux网络编程
查阅资料的时候,发现wiki百科讲的已经十分好了,我先贴下原文Berkeley套接字,相当完美的描述了Socket相关Api介绍及demo演示,由于,大学学的c语言都快还给老师了,写个demo已然不太现实,这里就臭不要脸的套用wiki百科的demo,c语言讲解部分,如果有错误欢迎指出~~。
下面是精简版本的linux网络编程,详细版可以参考链接。
LinuxAPI
socket()
socket()
创建一个新的确定类型的套接字,返回套接字。- api:
int socket(int domain, int type, int protocol);
参数:
domain
: 为创建的套接字指定协议集 eg. IPV4type
: socket类型 eg. 流,数据报文protocol
: 实际传输协议 eg. TCP,UDPbind()
- api:
bind()
为一个套接字分配地址。当使用socket()
创建套接字后,只赋予其所使用的协议,并未分配地址。在接受其它主机的连接前,必须先调用bind()为套接字分配一个地址。- api:
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *my_addr, socklen_t addrlen);
参数:
sockfd
:套接字描述符,上面返回的套接字my_addr
: 指向sockaddr结构(用于表示所分配地址)的指针addrlen
: 用socklen_t字段指定了sockaddr结构的长度listen()
- api:
listen()
当socket和一个地址绑定之后,listen()
函数会开始监听可能的连接请求。然而,这只能在有可靠数据流保证的时候使用,例如:数据类型(SOCK_STREAM
,SOCK_SEQPACKET
)。- api:
int listen(int sockfd, int backlog);
参数:
sockfd
: 套接字描述符,上面返回的套接字backlog
: 完成三次握手、等待accept的全连接的队列的最大长度上限。
- api:
accept()
accept()
当应用程序监听来自其他主机的面对数据流的连接时,通过事件(比如Unix select()系统调用)通知它。必须用accept()
函数初始化连接。 Accept() 为每个连接创立新的套接字并从监听队列中移除这个连接。它使用如下参数:- api:
int accept(int sockfd, struct sockaddr *cliaddr, socklen_t *addrlen);
参数:
sockfd
:监听的套接字描述符cliaddr
: 指向sockaddr 结构体的指针,客户机地址信息。addrlen
:指向socklen_t
的指针,确定客户机地址结构体的大小 。
- api:
connect()
connect()
系统调用为一个套接字设置连接,参数有文件描述符和主机地址。链接到指定地址- api:
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *serv_addr, socklen_t addrlen);
参数:
sockfd
:监听的套接字描述符serv_addr
: 指向sockaddr 结构体的指针,服务器地址信息。addrlen
:指向socklen_t
的指针,确定服务器地址结构体的大小 。
- api:
select()
select()
:在一段指定的时间内,监听用户感兴趣的文件描述符上可读、可写和异常等事件- api:
int select (int nfds, fd_set FAR * readfds, fd_set FAR * writefds, fd_set FAR * exceptfds, const struct timeval FAR * timeout);
参数:
nfds
:没有用,仅仅为与伯克利Socket兼容而提供。readfds
:指定一个Socket数组,select检查该数组中的所有Socket。如果成功返回,则readfds中存放的是符合‘可读性’条件的数组成员(如缓冲区中有可读的数据)。writefds
:指定一个Socket数组,select检查该数组中的所有Socket。如果成功返回,则writefds中存放的是符合‘可写性’条件的数组成员(包括连接成功)。exceptfds
:指定一个Socket数组,select检查该数组中的所有Socket。如果成功返回,则cxceptfds中存放的是符合‘有异常’条件的数组成员(包括连接接失败)。timeout
:指定select执行的最长时间,如果在timeout限定的时间内,readfds、writefds、exceptfds中指定的Socket没有一个符合要求,就返回0。
- api:
poll()
poll()
用于检查套接字的状态。 套接字可以被测试,看是否可以写入、读取或是有错误。- api:
int poll(struct pollfd * fds , nfds_t nfds , int timeout );
参数:
fds
是pollfd结构体指针nfds
nfds是描述符个数,结构体pollfd数组元素的个数timeout
:参数设置为-1时,表示永远阻塞等待。0表示立即返回,不阻塞。大于0时,表示等待指定数目的毫秒数。
- api:
fcntl()
fcntl()
打开文件描述符,具体操作由cmd决定- api:
int fcntl(int fd , int cmd , ... /* arg */ );
参数
fd
:文件描述符cmd
:操作指令
- api:
epoll_create()
epoll_create()
在内核中创建epoll
实例并返回一个epoll
文件描述符。- api:
int epoll_create(int size);
参数:
size
:而现在 size 已经没有这种语义了,但是调用者调用时 size 依然必须大于 0,以保证后向兼容性。
- api:
epoll_ctl()
epoll_ctl()
向 epfd 对应的内核epoll
实例添加、修改或删除对 fd 上事件 event 的监听。- api:
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
参数
epfd
epoll结构体op
cud对应的事件枚举fd
文件描述符events
水平触发or边缘触发
- api:
epoll_wait()
epoll_wait()
等待其管理的连接上的 IO 事件- api:
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);
参数
epfd
epoll结构体events
epoll_event结构体指针maxevents
最多返回多少事件timeout
当 timeout 为 0 时,epoll_wait 永远会立即返回。而 timeout 为 -1 时,epoll_wait 会一直阻塞直到任一已注册的事件变为就绪。当 timeout 为一正整数时,epoll 会阻塞直到计时 timeout 毫秒终了或已注册的事件变为就绪。
- api:
send()和recv(),或者write()和read(),或者recvfrom()和sendto()等
- 用于往/从远程套接字发送和接受数据
相关api大致如上,如有更精细的可以自行搜索。
demo
BIO
/* Server code in C */
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main(void)
{
struct sockaddr_in stSockAddr;
int SocketFD = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
if(-1 == SocketFD)
{
perror("can not create socket");
exit(EXIT_FAILURE);
}
memset(&stSockAddr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));
stSockAddr.sin_family = AF_INET;
stSockAddr.sin_port = htons(1100);
stSockAddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
if(-1 == bind(SocketFD,(const struct sockaddr *)&stSockAddr, sizeof(struct sockaddr_in)))
{
perror("error bind failed");
close(SocketFD);
exit(EXIT_FAILURE);
}
if(-1 == listen(SocketFD, 10))
{
perror("error listen failed");
close(SocketFD);
exit(EXIT_FAILURE);
}
for(;;)
{
int ConnectFD = accept(SocketFD, NULL, NULL);
if(0 > ConnectFD)
{
perror("error accept failed");
close(SocketFD);
exit(EXIT_FAILURE);
}
/* perform read write operations ... */
shutdown(ConnectFD, SHUT_RDWR);
close(ConnectFD);
}
close(SocketFD);
return 0;
}
/* Client code in C */
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main(void)
{
struct sockaddr_in stSockAddr;
int Res;
int SocketFD = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
if (-1 == SocketFD)
{
perror("cannot create socket");
exit(EXIT_FAILURE);
}
memset(&stSockAddr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));
stSockAddr.sin_family = AF_INET;
stSockAddr.sin_port = htons(1100);
Res = inet_pton(AF_INET, "192.168.1.3", &stSockAddr.sin_addr);
if (0 > Res)
{
perror("error: first parameter is not a valid address family");
close(SocketFD);
exit(EXIT_FAILURE);
}
else if (0 == Res)
{
perror("char string (second parameter does not contain valid ipaddress");
close(SocketFD);
exit(EXIT_FAILURE);
}
if (-1 == connect(SocketFD, (const struct sockaddr *)&stSockAddr, sizeof(struct sockaddr_in)))
{
perror("connect failed");
close(SocketFD);
exit(EXIT_FAILURE);
}
/* perform read write operations ... */
shutdown(SocketFD, SHUT_RDWR);
close(SocketFD);
return 0;
}
NIO
#include
#include
#include
#include
#include
#define MAXLEN 1024
#define SERV_PORT 8000
#define MAX_OPEN_FD 1024
int main(int argc,char *argv[])
{
int listenfd,connfd,efd,ret;
char buf[MAXLEN];
struct sockaddr_in cliaddr,servaddr;
socklen_t clilen = sizeof(cliaddr);
struct epoll_event tep,ep[MAX_OPEN_FD];
listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
bind(listenfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));
listen(listenfd,20);
// 创建一个epoll fd
efd = epoll_create(MAX_OPEN_FD);
tep.events = EPOLLIN;tep.data.fd = listenfd;
// 把监听socket 先添加到efd中
ret = epoll_ctl(efd,EPOLL_CTL_ADD,listenfd,&tep);
// 循环等待
for (;;)
{
// 返回已就绪的epoll_event,-1表示阻塞,没有就绪的epoll_event,将一直等待
size_t nready = epoll_wait(efd,ep,MAX_OPEN_FD,-1);
for (int i = 0; i < nready; ++i)
{
// 如果是新的连接,需要把新的socket添加到efd中
if (ep[i].data.fd == listenfd )
{
connfd = accept(listenfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&clilen);
tep.events = EPOLLIN;
tep.data.fd = connfd;
ret = epoll_ctl(efd,EPOLL_CTL_ADD,connfd,&tep);
}
// 否则,读取数据
else
{
connfd = ep[i].data.fd;
int bytes = read(connfd,buf,MAXLEN);
// 客户端关闭连接
if (bytes == 0){
ret =epoll_ctl(efd,EPOLL_CTL_DEL,connfd,NULL);
close(connfd);
printf("client[%d] closed\n", i);
}
else
{
for (int j = 0; j < bytes; ++j)
{
buf[j] = toupper(buf[j]);
}
// 向客户端发送数据
write(connfd,buf,bytes);
}
}
}
}
return 0;
}
极度精简版本
nio已经很精简了就不多废话了
server
int main(void)
{
struct sockaddr_in stSockAddr;
//创建套接字
int SocketFD = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
//结构体初始化
memset(&stSockAddr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));
stSockAddr.sin_family = AF_INET;
stSockAddr.sin_port = htons(1100);
stSockAddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
//绑定地址
bind(SocketFD,(const struct sockaddr *)&stSockAddr, sizeof(struct sockaddr_in));
//监听请求
listen(SocketFD, 10);
//接受请求
int ConnectFD = accept(SocketFD, NULL, NULL);
//do something
//关闭
close(ConnectFD);
//关闭
close(SocketFD);
return 0;
}
client
int main(void)
{
struct sockaddr_in stSockAddr;
int Res;
int SocketFD = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
memset(&stSockAddr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));
stSockAddr.sin_family = AF_INET;
stSockAddr.sin_port = htons(1100);
//IP地址转换
Res = inet_pton(AF_INET, "192.168.1.3", &stSockAddr.sin_addr);
//连接地址
connect(SocketFD, (const struct sockaddr *)&stSockAddr, sizeof(struct sockaddr_in))
shutdown(SocketFD, SHUT_RDWR);
close(SocketFD);
return 0;
}
参考文章
Berkeley套接字:https://zh.wikipedia.org/wiki...
epoll:https://zh.wikipedia.org/wiki...
linux文档:https://man7.org/linux/man-pa...