Linux下C编程（2）

【8】socket 开发 在Linux下使用C开发的应用通常都是网络应用，如果带有界面的以前都是使用QT，现在流行Android。底层应用通常大部分都是嵌入式网络应用，这些网络应用一般基于TCP/IP协议。GLIBC为网络开发提供了一个抽象概念：Socket。Socket是一个标准的UNIX文件描述符，通常一个抽象的通信端口使用这个文件描述符进行数据读写。可以通过查看进程打开的FD文件方式查看一个进程打开了多少个SOCKET，并且也这个可以通过uliimit -n来设置打开的文件描述符数量来达到限制的SOCKET数量。如下所示，可以通过进程ID号来查看描述符。

root@2003:# ps -ef|grep Sec
root      4591     1  0 Dec05 ?        00:00:00 /usr/bin/SecurityMgr
root     25247 12281  0 13:22 ttyMM0   00:00:00 grep Sec
root@2003:# ls -l /proc/4591/fd/
total 28
lr-x------  1 root root 64 Dec  9 10:03 0 -> /dev/null
lrwx------  1 root root 64 Dec  9 10:03 10 -> socket:[10468]
lrwx------  1 root root 64 Dec  9 10:03 11 -> socket:[10475]
lrwx------  1 root root 64 Dec  9 10:03 12 -> socket:[10476]
lrwx------  1 root root 64 Dec  9 10:03 13 -> socket:[10479]
lrwx------  1 root root 64 Dec  9 10:03 14 -> socket:[10484]
lrwx------  1 root root 64 Dec  9 10:03 15 -> socket:[10485]
lrwx------  1 root root 64 Dec  9 10:03 17 -> socket:[11420]
lrwx------  1 root root 64 Dec  9 10:03 19 -> socket:[11423]
lrwx------  1 root root 64 Dec  9 10:03 20 -> socket:[15691]
lrwx------  1 root root 64 Dec  9 10:03 21 -> socket:[16015]
lrwx------  1 root root 64 Dec  9 10:03 22 -> socket:[16032]
lrwx------  1 root root 64 Dec  9 10:03 23 -> socket:[4321948]
lrwx------  1 root root 64 Dec  9 10:03 25 -> socket:[4328222]
lrwx------  1 root root 64 Dec  9 10:03 3 -> socket:[10461]
lrwx------  1 root root 64 Dec  9 10:03 32 -> socket:[5274]
lrwx------  1 root root 64 Dec  9 10:03 4 -> socket:[10462]
lrwx------  1 root root 64 Dec  9 10:03 43 -> socket:[6085]
lrwx------  1 root root 64 Dec  9 10:03 44 -> socket:[6086]
lrwx------  1 root root 64 Dec  9 10:03 5 -> socket:[10463]
lrwx------  1 root root 64 Dec  9 10:03 6 -> socket:[10464]
lrwx------  1 root root 64 Dec  9 10:03 7 -> socket:[10465]
lrwx------  1 root root 64 Dec  9 10:03 8 -> socket:[10466]
lrwx------  1 root root 64 Dec  9 10:03 9 -> socket:[10467]

因为socket是一文件描述符，对socket的操作方式有点类似于文件的处理方式。只是使用不同的函数名称。首先我们要获取一个socket，对服务端来说，我们接着要将这个SOCKET与对外提供的IP/PORT进行绑定。绑定之后，服务端就开始监听这个SOCKET设备上的数据，一旦有数据从KERNEL，来到，服务端新建一个ACCEPT SOCKET文件描述符，通过这个描述符设备读取数据。socket处理方式同socket的类型相关，如SOCK_STREAM通常表示是TCP方式，而SOCK_DRAGM是UDP方式。这两种方式都是要拿到sockfd但是前者是面向连接的，如下图一所示，需要维护一个连接。而后者不需要维护一个连接，所以会少去几个步。

从上图可以看出对每一种网络应用，其基本调用过程是一样的。我们对常用的一些函数进行仔细研究一下。

1）socket函数， socket函数不管是客户端还是服务端都是第一个要调用的函数，用来获取用于通信的描述符。如下图所示，其中domain是指的协议族或者地址簇。其中协议族是以PF_开头，如PF_INET,而地址族是AF_开头，如AF_INET，这两者其实是一样，特别在WINDOWS中，但在LINUX中BSD系统都是以AF，POSIX是PF。这里常用对IPV4是AF_INET，对DOMAIN SOCKET是AF_UNIX。对面向内核的是PF_KEY。type是指的socket类型，这个类型是常量，分为多种，最常用的是三种，流式SOCK_STREAM,面向连接，可靠的数据传输服务，数据无差错，无重复的发送，且按发送顺序接收。数据报式SOCK_DGRAM,无连接服务，以独立包形式发送，不提供无错保证，顺序混乱。原始式SOCK_RAW，面向二层连接的开发。protocol参数一般设为0，主要是针对一个协议类型通常只有一种协议来支持。本函数调用成功，返回一个SOCKET描述符。通常称为套接字。失败是-1。

2）bind函数 通常的意义是给一个指定的socket描述一个名称，通常这个名称就是socket地址，这个地址结构体会根据不同的协议簇来决定地址内容，如IPV4通常是IP和端口。如下图所示，其中sockfd 是要指定的套接字描述符，my_addr是本地地址，也就是这个socket需要指定的名称。这个结构体是一个指针，因此，可以将这个指针指向不同类型的结构体，通过类型转换成sockaddr。如对IPV4是sockaddr_in，对local socket则是sockaddr_un等。addrlen则是长度。成功返回0，失败返回SOCK_ERROR.

2.1）struct socketadr 通用套接字接口地址结构体，这个结构比较难以使用，通常都是使用其它专门的结构体，并通过指针类型转换的方式进行使用。

这里其中sin_port就是端口地址，通常转为网络序就可以的。但是in_addr结构体也称网际套接口地址结构体,定义在<netinet/in.h>中，struct in_addr { in_addr_t s_addr;} 它是一个无符号32位整数。因此需要提供了一些转换函数将IP地址转成无符号函数。这三个函数是inet_aton inet_addr 或inet_ntoa.

如上图所示，使用这三个函数都可以将字符串如”10.192.184.2”这样的字符串转换成32位无符号数据IP地址。

2.2）多字节存储顺序，这个也就是俗称的大小头问题，如一个十六位数据0x12345678H在32位的机器中如何放在内存中呢？每们知道内存编址都是按字节作为最小单位的。存储这个值需要4个字节，那么将这个值的哪些位放到哪个字节中去呢？当然这需要有一个约定。通常有两种约定，而且这两种约定也是与机器架构有关的，如在INTERL这种架构中，大头在低位，如78存在0号56存在1号，34在2号12在3号。这就是little-endian。ARM也是这样的。另外一种是大头在高位。如IBM POWERC。网络协议中为保证不同机器之间的字节顺序不要弄错，默认为网络序，这种网络序在TCP/IP协议中采用高位先存格式，也就是big-endian。因为Socket由glibc提供，同样glibc也提供了转换函数。

3）listen函数 用于TCP服务器端。用来设置一个sockfd上可以排队的最大连接个数，也是用来通知内核在当前sockfd上进行监听的开始。进行listen的socket同时也是一个被动socket，主要用来充当服务器端。函数参数sockfd是前面socket函数返回的套接字。backlog表示在此描述符设备上排队的最大连接个数。

4）accept函数 同前面listen函数类似，只能用于TCP 服务器端。这是为什么呢？因为TCP有一个三次握手过程，因此这两个函数只出现在SOCK_STREAM类型的tcp socket中，不会出现在无连接的UDP socket中。通过listen与accept来维护连接属性是面向连接特有的函数。如下图所示，sockfd是socket函数返回的套接字，cliaddr是连接对方进程（客户）的协议地址，这是函数返回值。addrlen用来返回cliaddr套接字地址结构的长度。如果accept函数执行成功，返回值一个新的由内核自动生成的套接字，这个套接字代表与客户的TCP连接。

5）read函数 从一个已经处于连接的TCP套接字中读取内容，读成功，返回读取的内容长度，注意这是一个阻塞读取，线程会停在读上，直到有数据，或者如果你设置了超时参数。一次读取的值放在buffer中，并且使用count来计数。这时这个sockfd不再是socket函数返回的socket，而是accept返回的socket。最后返回值以-1作为判断，如果是-1则无数据阻塞，否则还可以继续读下去。

6）write函数 将内容写入一个已经处于连接状态的套接字中，写成功，返回写入的内容长度。同前面read函数一样。

7）close函数 缺省功能是将套接字设置已关闭标志，并返回到进程，这个套接字不再为进程所用。它可以关闭accept函数和socket函数产生的sockfd.

8）connect 函数，用于TCP客户端，用来向服务端进行连接的函数。如下图所示，其中sockfd是客户端首先使用socket函数获取得的sockfd，sockaddr是将要连接的服务端的地址和端口。