Socket编程：C语言使用socket进行本地进程间通信、网络通信

概要

` 本文将介绍如何使用C语言和socket进行本地进程间通信、网络设备间通信，并详细介绍socket的用法及属性

例如：

openAI 的 GPT 大模型的发展历程。

Socket套接字的属性和函数用法

socket()
‌功能‌：创建一个新的套接字。
‌C语言函数原型‌：

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

Socket套接字的属性

Socket套接字在编程中是一个非常重要的概念，它提供了一套丰富的接口用于网络通信和进程间通信。以下是Socket套接字的一些常见属性：

1. 域（Domain）‌：
   指定套接字通信中使用的网络介质。最常见的套接字域是AF_INET（IPv4）和AF_INET6（IPv6），它们分别代表Internet网络。此外，还有AF_UNIX（或AF_LOCAL），用于在同一台机器上的不同进程间进行通信。

2. 类型（Type）‌：
   指定套接字通信的类型。常见的类型包括：
   SOCK_STREAM：提供面向连接、可靠的数据传输服务。这通常基于TCP协议。
   SOCK_DGRAM：提供无连接的服务，数据传输的可靠性得不到保证。这通常基于UDP协议。
   SOCK_RAW：允许直接读写内核未处理的IP数据包，提供了对底层网络协议的访问。

3. 协议（Protocol）‌：
   指定套接字通信中使用的具体协议。对于SOCK_STREAM类型的套接字，默认使用TCP协议（IPPROTO_TCP）；对于SOCK_DGRAM类型的套接字，默认使用UDP协议（IPPROTO_UDP）。对于SOCK_RAW类型的套接字，可以指定具体的IP协议。
   ‌

4. 套接字描述符（Socket Descriptor）‌：
   创建套接字时返回的一个整数，用于标识这个套接字。后续的套接字操作（如绑定、监听、接受连接、发送和接收数据等）都需要通过这个描述符来进行。
   ‌

5. 绑定地址和端口（Bound Address and Port）‌：
   服务器端套接字通常需要使用bind函数绑定到一个具体的IP地址和端口号上，以便客户端可以连接到它。客户端套接字在连接到服务器时，也会绑定到一个本地的临时端口上。

6. 连接状态（Connection State）‌：
   对于面向连接的套接字（如SOCK_STREAM），有连接建立、数据传输和连接关闭等状态。对于无连接的套接字（如SOCK_DGRAM），则没有明确的连接状态。

7. 输入输出缓冲区（Input/Output Buffers）‌：
   每个套接字都有自己的输入输出缓冲区，用于暂存发送和接收的数据。这些缓冲区的大小可以通过setsockopt和getsockopt函数来设置和获取。
   ‌

8. 套接字选项（Socket Options）‌：
   通过setsockopt和getsockopt函数可以设置和获取套接字的各种选项，这些选项可以控制套接字的行为。例如，SO_REUSEADDR选项允许在同一端口上启动多个服务器实例，SO_RCVBUF和SO_SNDBUF选项可以设置接收和发送缓冲区的大小。
   ‌

9. 阻塞与非阻塞模式（Blocking and Non-blocking Mode）‌：
   套接字可以设置为阻塞模式或非阻塞模式。在阻塞模式下，套接字操作（如连接、发送和接收数据）会等待操作完成或发生错误才返回。在非阻塞模式下，这些操作会立即返回，如果操作不能立即完成，则可能返回一个错误代码。

10. 超时设置（Timeout Settings）‌：
    可以通过套接字选项设置发送和接收操作的超时时间。如果在指定的时间内操作没有完成，则操作会超时并返回一个错误代码。
    ‌

11. 带外数据（Out-of-Band Data）‌：
    某些类型的套接字（如SOCK_STREAM）支持带外数据传输，这允许发送紧急数据，这些数据会绕过正常的数据队列被立即处理。
    ‌

12. 多播和广播（Multicast and Broadcast）‌：
    套接字可以设置为支持多播和广播通信。多播允许数据同时发送给多个接收者，而广播则允许数据发送给同一网络上的所有接收者。
    这些属性共同定义了套接字的行为和特性，使得开发者可以根据具体需求选择合适的套接字类型和配置，以实现高效的网络通信和进程间通信。

Socket套接字的C语言函数用法

Socket本地进程间通信（UNIX域套接字）

UNIX域套接字是在同一台机器上的不同进程之间进行通信的一种方式。它们比网络套接字更快，因为它们不需要经过网络协议栈。

服务器端（server.c）

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define SOCKET_PATH "/tmp/unix_socket"

int main() {
   
    int server_sock, client_sock;
    struct sockaddr_un server_addr;

    // 创建UNIX域套接字
    server_sock = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);
    if (server_sock == -1) {
   
        perror("socket");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 设置服务器地址
    server_addr.sun_family = AF_UNIX;
    strncpy(server_addr.sun_path, SOCKET_PATH, sizeof(server_addr.sun_path) - 1);
    unlink(SOCKET_PATH); // 如果套接字文件已存在，则删除它

    // 绑定套接字
    if (bind(server_sock, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {
   
        perror("bind");
        close(server_sock);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 监听连接
    if (listen(server_sock, 1) == -1) {
   
        perror("listen");
        close(server_sock);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 接受连接
    client_sock = accept(server_sock, NULL, NULL);
    if (client_sock == -1) {
   
        perror("accept");
        close(server_sock);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 发送消息给客户端
    const char *message = "Hello from server!";
    write(client_sock, message, strlen(message));

    // 关闭套接字
    close(client_sock);
    close(server_sock);
    unlink(SOCKET_PATH); // 删除套接字文件

    return 0;
}

客户端（client.c）

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define SOCKET_PATH "/tmp/unix_socket"

int main() {
   
    int client_sock;
    struct sockaddr_un server_addr;
    char buffer;

    // 创建UNIX域套接字
    client_sock = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);
    if (client_sock == -1) {
   
        perror("socket");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 设置服务器地址
    server_addr.sun_family = AF_UNIX;
    strncpy(server_addr.sun_path, SOCKET_PATH, sizeof(server_addr.sun_path) - 1);

    // 连接到服务器
    if (connect(client_sock, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {
   
        perror("connect");
        close(client_sock);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 接收来自服务器的消息
    ssize_t num_bytes = read(client_sock, buffer, sizeof(buffer) - 1);
    if (num_bytes > 0) {
   
        buffer[num_bytes] = '\0'; // 确保字符串以null结尾
        printf("Received: %s\n", buffer);
    }

    // 关闭套接字
    close(client_sock);

    return 0;
}

Socket网络间设备通信（基于TCP）

服务器端代码

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define PORT 8080
#define BUFFER_SIZE 1024

int main() {
   
    int server_fd, new_socket;
    struct sockaddr_in address;
    int opt = 1;
    int addrlen = sizeof(address);
    char buffer[BUFFER_SIZE] = {
   0};

    // 创建socket文件描述符
    if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {
   
        perror("socket failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 绑定socket到端口
    if (setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR | SO_REUSEPORT, &opt, sizeof(opt))) {
   
        perror("setsockopt");
        close(server_fd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    address.sin_port = htons(PORT);

    if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)) < 0) {
   
        perror("bind failed");
        close(server_fd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 监听连接
    if (listen(server_fd, 3) < 0) {
   
        perror("listen");
        close(server_fd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 接受客户端连接
    if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address, (socklen_t*)&addrlen)) < 0) {
   
        perror("accept");
        close(server_fd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 读取数据
    int valread = read(new_socket, buffer, BUFFER_SIZE);
    printf("Received: %s\n", buffer);

    // 发送响应
    char *hello = "Hello from server";
    send(new_socket, hello, strlen(hello), 0);
    printf("Hello message sent\n");

    // 关闭socket
    close(new_socket);
    close(server_fd);

    return 0;
}

客户端代码

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define PORT 8080
#define BUFFER_SIZE 1024

int main() {