socket编程原理
1 问题的引入
UNIX系统的I/O命令集，是从Maltics和早期系统中的命令演变出来的，其模式为打开一读/写一关闭（open
-write-read-close）。在一个用户进程进行I/O操作时，它首先调用“打开”获得对指定文件或设备的使用
权，并返回称为文件描述符的整型数，以描述用户在打开的文件或设备上进行I/O操作的进程。然后这个用
户进程多次调用“读/写”以传输数据。当所有的传输操作完成后，用户进程关闭调用，通知操作系统已经
完成了对某对象的使用。
TCP/IP协议被集成到UNIX内核中时，相当于在UNIX系统引入了一种新型的I/O操作。UNIX用户进程与网络协
议的交互作用比用户进程与传统的I/O设备相互作用复杂得多。首先，进行网络操作的两个进程在不同机器
上，如何建立它们之间的联系？其次，网络协议存在多种，如何建立一种通用机制以支持多种协议？这些都
是网络应用编程界面所要解决的问题。
在UNIX系统中，网络应用编程界面有两类：UNIX BSD的套接字（socket）和UNIX System V的TLI。由于Sun
公司采用了支持TCP/IP的UNIX BSD操作系统，使TCP/IP的应用有更大的发展，其网络应用编程界面──套接
字（socket）在网络软件中被广泛应用，至今已引进微机操作系统DOS和Windows系统中，成为开发网络应用
软件的强有力工具，本章将要详细讨论这个问题。
2 套接字编程基本概念
开始使用套接字编程之前，首先必须建立以下概念。
2.1 网间进程通信
进程通信的概念最初来源于单机系统。由于每个进程都在自己的地址范围内运行，为保证两个相互通信的进
程之间既互不干扰又协调一致工作，操作系统为进程通信提供了相应设施，如UNIX BSD中的管道（pipe）、
命名管道（named pipe）和软中断信号（signal），UNIX system V的消息（message）、共享存储区
（shared memory）和信号量（semaphore)等，但都仅限于用在本机进程之间通信。网间进程通信要解决的
是不同主机进程间的相互通信问题（可把同机进程通信看作是其中的特例）。为此，首先要解决的是网间进
程标识问题。同一主机上，不同进程可用进程号（process ID）唯一标识。但在网络环境下，各主机独立分
配的进程号不能唯一标识该进程。例如，主机A赋于某进程号5，在B机中也可以存在5号进程，因此，“5号
进程”这句话就没有意义了。
其次，操作系统支持的网络协议众多，不同协议的工作方式不同，地址格式也不同。因此，网间进程通信还
要解决多重协议的识别问题。
为了解决上述问题，TCP/IP协议引入了下列几个概念。
端口
网络中可以被命名和寻址的通信端口，是操作系统可分配的一种资源。
按照OSI七层协议的描述，传输层与网络层在功能上的最大区别是传输层提供进程通信能力。从这个意义上
讲，网络通信的最终地址就不仅仅是主机地址了，还包括可以描述进程的某种标识符。为此，TCP/IP协议提
出了协议端口（protocol port，简称端口）的概念，用于标识通信的进程。
端口是一种抽象的软件结构（包括一些数据结构和I/O缓冲区）。应用程序（即进程）通过系统调用与某端
口建立连接（binding）后，传输层传给该端口的数据都被相应进程所接收，相应进程发给传输层的数据都
通过该端口输出。在TCP/IP协议的实现中，对端口的操作类似于一般的I/O操作，进程获取一个端口，相当
于获取本地唯一的I/O文件，可以用一般的读写原语访问之。
类似于文件描述符，每个端口都拥有一个叫端口号（port number）的整数型标识符，用于区别不同端口。
由于TCP/IP传输层的两个协议TCP和UDP是完全独立的两个软件模块，因此各自的端口号也相互独立，如TCP
有一个255号端口，UDP也可以有一个255号端口，二者并不冲突。
端口号的分配是一个重要问题。有两种基本分配方式：第一种叫全局分配，这是一种集中控制方式，由一个
公认的中央机构根据用户需要进行统一分配，并将结果公布于众。第二种是本地分配，又称动态连接，即进
程需要访问传输层服务时，向本地操作系统提出申请，操作系统返回一个本地唯一的端口号，进程再通过合
适的系统调用将自己与该端口号联系起来（绑扎）。TCP/IP端口号的分配中综合了上述两种方式。TCP/IP将
端口号分为两部分，少量的作为保留端口，以全局方式分配给服务进程。因此，每一个标准服务器都拥有一
个全局公认的端口（即周知口，well-known port），即使在不同的机器上，其端口号也相同。剩余的为自
由端口，以本地方式进行分配。TCP和UDP均规定，小于256的端口号才能作保留端口。
地址
网络通信中通信的两个进程分别在不同的机器上。在互连网络中，两台机器可能位于不同的网络，这些网络
通过网络互连设备（网关，网桥，路由器等）连接。因此需要三级寻址：
1. 某一主机可与多个网络相连，必须指定一特定网络地址；
2. 网络上每一台主机应有其唯一的地址；
3. 每一主机上的每一进程应有在该主机上的唯一标识符。
通常主机地址由网络ID和主机ID组成，在TCP/IP协议中用32位整数值表示；TCP和UDP均使用16位端口号标识
用户进程。
网络字节顺序
不同的计算机存放多字节值的顺序不同，有的机器在起始地址存放低位字节（低价先存），有的存高位字节
（高价先存）。为保证数据的正确性，在网络协议中须指定网络字节顺序。TCP/IP协议使用16位整数和32位
整数的高价先存格式，它们均含在协议头文件中。
连接
两个进程间的通信链路称为连接。连接在内部表现为一些缓冲区和一组协议机制，在外部表现出比无连接高
的可靠性。
半相关
综上所述，网络中用一个三元组可以在全局唯一标志一个进程：
（协议，本地地址，本地端口号）
这样一个三元组，叫做一个半相关（half-association），它指定连接的每半部分。
全相关
一个完整的网间进程通信需要由两个进程组成，并且只能使用同一种高层协议。也就是说，不可能通信的一
端用TCP协议，而另一端用UDP协议。因此一个完整的网间通信需要一个五元组来标识：
（协议，本地地址，本地端口号，远地地址，远地端口号）
这样一个五元组，叫做一个相关（association），即两个协议相同的半相关才能组合成一个合适的相关，
或完全指定组成一连接。
2.2 服务方式
在网络分层结构中，各层之间是严格单向依赖的，各层次的分工和协作集中体现在不同层之间的界面上。“
服务”是描述不同层之间关系的抽象概念，即网络中各层向紧邻上层提供的一组操作。下层是服务提供者，
上层是请求服务的用户。服务的表现形式是原语（primitive），如系统调用或库函数。系统调用是操作系
统内核向网络应用程序或高层协议提供的服务原语。网络中的n层总要向n+1层提供比n-1层更完备的服务，
否则n层就没有存在的价值。
在OSI的术语中，网络层及其以下各层又称为通信子网，只提供点到点通信，没有程序或进程的概念。而传
输层实现的是“端到端”通信，引进网间进程通信概念，同时也要解决差错控制，流量控制，数据排序（报
文排序），连接管理等问题，为此提供不同的服务方式：
面向连接（虚电路）或无连接
面向连接服务是电话系统服务模式的抽象，即每一次完整的数据传输都要经过建立连接，使用连接，终止连
接的过程。在数据传输过程中，各数据分组不携带目的地址，而使用连接号（connect ID）。本质上，连接
是一个管道，收发数据不但顺序一致，而且内容相同。TCP协议提供面向连接的虚电路。
无连接服务是邮政系统服务的抽象，每个分组都携带完整的目的地址，各分组在系统中独立传送。无连接服
务不能保证分组的先后顺序，不进行分组出错的恢复与重传，不保证传输的可靠性。UDP协议提供无连接的
数据报服务。
下面给出这两种服务的类型及应用中的例子：
服务类型
服 务
例 子
面向连接
可靠的报文流
可靠的字节流
不可靠的连接
文件传输（FTP）
远程登录（Telnet）
数字话音
无连接
不可靠的数据报
有确认的数据报
请求－应答
电子邮件（E-mail）
电子邮件中的挂号信
网络数据库查询
顺序
在网络传输中，两个连续报文在端－端通信中可能经过不同路径，这样到达目的地时的顺序可能会与发送时
不同。“顺序”是指接收数据顺序与发送数据顺序相同。TCP协议提供这项服务。
差错控制
保证应用程序接收的数据无差错的一种机制。检查差错的方法一般是采用检验“检查和（Checksum）”的方
法。而保证传送无差错的方法是双方采用确认应答技术。TCP协议提供这项服务。
流控制
在数据传输过程中控制数据传输速率的一种机制，以保证数据不被丢失。TCP协议提供这项服务。
字节流
字节流方式指的是仅把传输中的报文看作是一个字节序列，不提供数据流的任何边界。TCP协议提供字节流
服务。
报文
接收方要保存发送方的报文边界。UDP协议提供报文服务。
全双工/半双工
端－端间数据同时以两个方向/一个方向传送。
缓存/带外数据
在字节流服务中，由于没有报文边界，用户进程在某一时刻可以读或写任意数量的字节。为保证传输正确或
采用有流控制的协议时，都要进行缓存。但对某些特殊的需求，如交互式应用程序，又会要求取消这种缓存
。
在数据传送过程中，希望不通过常规传输方式传送给用户以便及时处理的某一类信息，如UNIX系统的中断键
（Delete或Control-c）、终端流控制符（Control-s和Control-q），称为带外数据。逻辑上看，好象用户
进程使用了一个独立的通道传输这些数据。该通道与每对连接的流相联系。由于Berkeley Software
Distribution中对带外数据的实现与RFC 1122中规定的Host Agreement不一致,为了将互操作中的问题减到
最小，应用程序编写者除非与现有服务互操作时要求带外数据外，最好不使用它。
2.3 客户/服务器模式
在TCP/IP网络应用中，通信的两个进程间相互作用的主要模式是客户/服务器模式（Client/Server model）
，即客户向服务器发出服务请求，服务器接收到请求后，提供相应的服务。客户/服务器模式的建立基于以
下两点：首先，建立网络的起因是网络中软硬件资源、运算能力和信息不均等，需要共享，从而造就拥有众
多资源的主机提供服务，资源较少的客户请求服务这一非对等作用。其次，网间进程通信完全是异步的，相
互通信的进程间既不存在父子关系，又不共享内存缓冲区，因此需要一种机制为希望通信的进程间建立联系
，为二者的数据交换提供同步，这就是基于不同的客户/服务器模式的TCP/IP。
客户/服务器模式在工作过程中采取的是主动请求方式：
首先服务器方要先启动，并根据请求提供相应服务：
1. 打开一通信通道并告知本地主机，它愿意在某一公认地址上（周知口，如FTP为21）接收客户请求；
2. 等待客户请求到达该端口；
3. 接收到重复服务请求，处理该请求并发送应答信号。接收到并发服务请求，要激活一新进程来处理这个
客户请求（如UNIX系统中用fork、exec）。新进程处理此客户请求，并不需要对其它请求作出应答。服务完
成后，关闭此新进程与客户的通信链路，并终止。
4. 返回第二步，等待另一客户请求。
5. 关闭服务器
客户方：
1. 打开一通信通道，并连接到服务器所在主机的特定端口；
2. 向服务器发服务请求报文，等待并接收应答；继续提出请求......
3. 请求结束后关闭通信通道并终止。
从上面所描述过程可知：
1. 客户与服务器进程的作用是非对称的，因此编码不同。
2. 服务进程一般是先于客户请求而启动的。只要系统运行，该服务进程一直存在，直到正常或强迫终止。
2.4 套接字类型
TCP/IP的socket提供下列三种类型套接字。
流式套接字（SOCK_STREAM）
提供了一个面向连接、可靠的数据传输服务，数据无差错、无重复地发送，且按发送顺序接收。内设流量控
制，避免数据流超限；数据被看作是字节流，无长度限制。文件传送协议（FTP）即使用流式套接字。
数据报式套接字（SOCK_DGRAM）
提供了一个无连接服务。数据包以独立包形式被发送，不提供无错保证，
数据可能丢失或重复，并且接收顺序混乱。网络文件系统（NFS）使用数据报式套接字。
原始式套接字（SOCK_RAW）
该接口允许对较低层协议，如IP、ICMP直接访问。常用于检验新的协议实现或访问现有服务中配置的新设备
。
3 基本套接字系统调用
为了更好地说明套接字编程原理，下面给出几个基本套接字系统调用说明。
3.1 创建套接字──socket()
应用程序在使用套接字前，首先必须拥有一个套接字，系统调用socket()向应用程序提供创建套接字的手段
，其调用格式如下：
SOCKET PASCAL FAR socket(int af, int type, int protocol);
该调用要接收三个参数：af、type、protocol。参数af指定通信发生的区域，UNIX系统支持的地址族有：
AF_UNIX、AF_INET、AF_NS等，而DOS、WINDOWS中仅支持AF_INET，它是网际网区域。因此，地址族与协议族
相同。参数type 描述要建立的套接字的类型。参数protocol说明该套接字使用的特定协议，如果调用者不
希望特别指定使用的协议，则置为0，使用默认的连接模式。根据这三个参数建立一个套接字，并将相应的
资源分配给它，同时返回一个整型套接字号。因此，socket()系统调用实际上指定了相关五元组中的“协议
”这一元。
有关socket()的详细描述参看5.2.23。
3.2 指定本地地址──bind()
当一个套接字用socket()创建后，存在一个名字空间(地址族),但它没有被命名。bind()将套接字地址（包
括本地主机地址和本地端口地址）与所创建的套接字号联系起来，即将名字赋予套接字，以指定本地半相关
。其调用格式如下：
int PASCAL FAR bind(SOCKET s, const struct sockaddr FAR * name, int namelen);
参数s是由socket()调用返回的并且未作连接的套接字描述符(套接字号)。参数name 是赋给套接字s的本地
地址（名字），其长度可变，结构随通信域的不同而不同。namelen表明了name的长度。
如果没有错误发生，bind()返回0。否则返回值SOCKET_ERROR。
地址在建立套接字通信过程中起着重要作用，作为一个网络应用程序设计者对套接字地址结构必须有明确认
识。例如，UNIX BSD有一组描述套接字地址的数据结构，其中使用TCP/IP协议的地址结构为：
struct sockaddr_in{
short sin_family; /*AF_INET*/
u_short sin_port; /*16位端口号，网络字节顺序*/
struct in_addr sin_addr; /*32位IP地址，网络字节顺序*/
char sin_zero[8]; /*保留*/
}
有关bind()的详细描述参看5.2.2。
3.3 建立套接字连接──connect()与accept()
这两个系统调用用于完成一个完整相关的建立，其中connect()用于建立连接。无连接的套接字进程也可以
调用connect()，但这时在进程之间没有实际的报文交换，调用将从本地操作系统直接返回。这样做的优点
是程序员不必为每一数据指定目的地址，而且如果收到的一个数据报，其目的端口未与任何套接字建立“连
接”，便能判断该端是否可操作。而accept()用于使服务器等待来自某客户进程的实际连接。
connect()的调用格式如下：
int PASCAL FAR connect(SOCKET s, const struct sockaddr FAR * name, int namelen);
参数s是欲建立连接的本地套接字描述符。参数name指出说明对方套接字地址结构的指针。对方套接字地址
长度由namelen说明。
如果没有错误发生，connect()返回0。否则返回值SOCKET_ERROR。在面向连接的协议中，该调用导致本地系
统和外部系统之间连接实际建立。
由于地址族总被包含在套接字地址结构的前两个字节中，并通过socket()调用与某个协议族相关。因此
bind()和connect()无须协议作为参数。
有关connect()的详细描述参看5.2.4。
accept()的调用格式如下：
SOCKET PASCAL FAR accept(SOCKET s, struct sockaddr FAR* addr, int FAR* addrlen);
参数s为本地套接字描述符，在用做accept()调用的参数前应该先调用过listen()。addr 指向客户方套接字
地址结构的指针，用来接收连接实体的地址。addr的确切格式由套接字创建时建立的地址族决定。addrlen
为客户方套接字地址的长度（字节数）。如果没有错误发生，accept()返回一个SOCKET类型的值，表示接收
到的套接字的描述符。否则返回值INVALID_SOCKET。
accept()用于面向连接服务器。参数addr和addrlen存放客户方的地址信息。调用前，参数addr 指向一个初
始值为空的地址结构，而addrlen 的初始值为0；调用accept()后，服务器等待从编号为s的套接字上接受客
户连接请求，而连接请求是由客户方的connect()调用发出的。当有连接请求到达时，accept()调用将请求
连接队列上的第一个客户方套接字地址及长度放入addr 和addrlen，并创建一个与s有相同特性的新套接字
号。新的套接字可用于处理服务器并发请求。
有关accept()的详细描述参看5.2.1。
四个套接字系统调用，socket()、bind()、connect()、accept()，可以完成一个完全五元相关的建立。
socket()指定五元组中的协议元，它的用法与是否为客户或服务器、是否面向连接无关。bind()指定五元组
中的本地二元，即本地主机地址和端口号，其用法与是否面向连接有关：在服务器方，无论是否面向连接，
均要调用bind()；对于客户方，若采用面向连接，则可以不调用bind()，而通过connect()自动完成。若采
用无连接，客户方必须使用bind()以获得一个唯一的地址。
以上讨论仅对客户/服务器模式而言，实际上套接字的使用是非常灵活的，唯一需遵循的原则是进程通信之
前，必须建立完整的相关。
3.4 监听连接──listen()
此调用用于面向连接服务器，表明它愿意接收连接。listen()需在accept()之前调用，其调用格式如下：
int PASCAL FAR listen(SOCKET s, int backlog);
参数s标识一个本地已建立、尚未连接的套接字号，服务器愿意从它上面接收请求。backlog表示请求连接队
列的最大长度，用于限制排队请求的个数，目前允许的最大值为5。如果没有错误发生，listen()返回0。否
则它返回SOCKET_ERROR。
listen()在执行调用过程中可为没有调用过bind()的套接字s完成所必须的连接，并建立长度为backlog的请
求连接队列。
调用listen()是服务器接收一个连接请求的四个步骤中的第三步。它在调用socket()分配一个流套接字，且
调用bind()给s赋于一个名字之后调用，而且一定要在accept()之前调用。
有关listen()的详细描述参看5.2.13。
2.3节中提到钥对于客户/服务器模式中，有两种类型的服务：重复服务和并发服务。accept()调用为实现并
发服务提供了极大方便，因为它要返回一个新的套接字号，其典型结构为：
int initsockid, newsockid;
if ((initsockid = socket(....)) < 0)
error(“can’t create socket”);
if (bind(initsockid,....) < 0)
error(“bind error”);
if (listen(initsockid , 5) < 0)
error(“listen error”);
for (; {
newsockid = accept(initsockid, ...) /* 阻塞 */
if (newsockid < 0)
error(“accept error“);
if (fork() == 0){ /* 子进程 */
closesocket(initsockid);
do(newsockid); /* 处理请求 */
exit(0);
}
closesocket(newsockid); /* 父进程 */
}
这段程序执行的结果是newsockid与客户的套接字建立相关，子进程启动后，关闭继承下来的主服务器的
initsockid,并利用新的newsockid与客户通信。主服务器的initsockid可继续等待新的客户连接请求。由于
在Unix等抢先多任务系统中，在系统调度下，多个进程可以同时进行。因此，使用并发服务器可以使服务器
进程在同一时间可以有多个子进程和不同的客户程序连接、通信。对于客户程序看来，服务器可以同时并发
地处理多个客户的请求，这就是并发服务器名称的来由。
面向连接服务器也可以是重复服务器，其结构如下：
int initsockid, newsockid;
if ((initsockid = socket(....))<0)
error(“can’t create socket”);
if (bind(initsockid,....)<0)
error(“bind error”);
if (listen(initsockid,5)<0)
error(“listen error”);
for (; {
newsockid = accept(initsockid, ...) /* 阻塞 */
if (newsockid < 0)
error(“accept error“);
do(newsockid); /* 处理请求 */
closesocket(newsockid);
}
重复服务器在一个时间只能和一个客户程序建立连接，它对多个客户程序的处理是采用循环的方式重复进行
，因此叫重复服务器。并发服务器和重复服务器各有利弊：并发服务器可以改善客户程序的响应速度，但它
增加了系统调度的开销；重复服务器正好与其相反，因此用户在决定是使用并发服务器还是重复服务器时，
要根据应用的实际情考网考网来定。
3.5 数据传输──send()与recv()
当一个连接建立以后，就可以传输数据了。常用的系统调用有send()和recv()。
send()调用用于参数s指定的已连接的数据报或流套接字上发送输出数据，格式如下：
int PASCAL FAR send(SOCKET s, const char FAR *buf, int len, int flags);
参数s为已连接的本地套接字描述符。buf 指向存有发送数据的缓冲区的指针，其长度由len 指定。flags
指定传输控制方式，如是否发送带外数据等。如果没有错误发生，send()返回总共发送的字节数。否则它返
回SOCKET_ERROR。
有关send()的详细描述参看5.2.19。
recv()调用用于参数s指定的已连接的数据报或流套接字上接收输入数据，格式如下：
int PASCAL FAR recv(SOCKET s, char FAR *buf, int len, int flags);
参数s 为已连接的套接字描述符。buf指向接收输入数据缓冲区的指针，其长度由len 指定。flags 指定传
输控制方式，如是否接收带外数据等。如果没有错误发生，recv()返回总共接收的字节数。如果连接被关闭
，返回0。否则它返回SOCKET_ERROR。
有关recv()的详细描述参看5.2.16。
3.6 输入/输出多路复用──select()
select()调用用来检测一个或多个套接字的状态。对每一个套接字来说，这个调用可以请求读、写或错误状
态方面的信息。请求给定状态的套接字集合由一个fd_set结构指示。在返回时，此结构被更新，以反映那些
满足特定条件的套接字的子集，同时， select()调用返回满足条件的套接字的数目，其调用格式如下：
int PASCAL FAR select(int nfds, fd_set FAR * readfds, fd_set FAR * writefds, fd_set FAR *
exceptfds, const struct timeval FAR * timeout);
参数nfds指明被检查的套接字描述符的值域，此变量一般被忽略。
参数readfds指向要做读检测的套接字描述符集合的指针，调用者希望从中读取数据。参数writefds 指向要
做写检测的套接字描述符集合的指针。exceptfds指向要检测是否出错的套接字描述符集合的指针。timeout
指向select()函数等待的最大时间，如果设为NULL则为阻塞操作。select()返回包含在fd_set结构中已准备
好的套接字描述符的总数目，或者是发生错误则返回SOCKET_ERROR。
有关select()的详细描述参看5.2.18。
3.7 关闭套接字──closesocket()
closesocket()关闭套接字s，并释放分配给该套接字的资源；如果s涉及一个打开的TCP连接，则该连接被释
放。closesocket()的调用格式如下：
BOOL PASCAL FAR closesocket(SOCKET s);
参数s待关闭的套接字描述符。如果没有错误发生，closesocket()返回0。否则返回值SOCKET_ERROR。
有关closesocket()的详细描述参看5.2.3。
2.4 典型套接字调用过程举例
如前所述，TCP/IP协议的应用一般采用客户/服务器模式，因此在实际应用中，必须有客户和服务器两个进
程，并且首先启动服务器，其系统调用时序图如下。
面向连接的协议（如TCP）的套接字系统调用如图2.1所示：
服务器必须首先启动，直到它执行完accept()调用，进入等待状态后，方能接收客户请求。假如客户在此前
启动，则connect()将返回出错代码，连接不成功。
图2.1 面向连接的套接字系统调用时序图
无连接协议的套接字调用如图2.2所示：
图2.2 无连接协议的套接字调用时序图
无连接服务器也必须先启动，否则客户请求传不到服务进程。无连接客户不调用connect()。因此在数据发
送之前，客户与服务器之间尚未建立完全相关，但各自通过socket()和bind()建立了半相关。发送数据时，
发送方除指定本地套接字号外，还需指定接收方套接字号，从而在数据收发过程中动态地建立了全相关。
实例
本实例使用面向连接协议的客户/服务器模式，其流程如图2.3所示：
图2.3 面向连接的应用程序流程图
服务器方程序：
/* File Name: streams.c */
#include
#include
#define TRUE 1
/* 这个程序建立一个套接字，然后开始无限循环；每当它通过循环接收到一个连接，则打印出一个信息。
当连接断开，或接收到终止信息，则此连接结束，程序再接收一个新的连接。命令行的格式是：streams */
main( )
{
int sock, length;
struct sockaddr_in server;
struct sockaddr tcpaddr;
int msgsock;
char buf[1024];
int rval, len;
/* 建立套接字 */
sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sock < 0) {
perror(“opening stream socket”);
exit(1);
}
/* 使用任意端口命名套接字 */
server.sin_family = AF_INET;
server.sin_port = INADDR_ANY;
if (bind(sock, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server)) < 0) {
perror(“binding stream socket”);
exit(1);
}
/* 找出指定的端口号并打印出来 */
length = sizeof(server);
if (getsockname(sock, (struct sockaddr *)&server, &length) < 0) {
perror(“getting socket name”);
exit(1);
}
printf(“socket port #%d/n”, ntohs(server.sin_port));
/* 开始接收连接 */
listen(sock, 5);
len = sizeof(struct sockaddr);
do {
msgsock = accept(sock, (struct sockaddr *)&tcpaddr, (int *)&len);
if (msgsock == -1)
perror(“accept”);
else do{
memset(buf, 0, sizeof(buf));
if ((rval = recv(msgsock, buf, 1024)) < 0)
perror(“reading stream message”);
if (rval == 0)
printf(“ending connection /n”);
else
printf(“-->;%s/n”, buf);
}while (rval != 0);
closesocket(msgsock);
} while (TRUE);
/* 因为这个程序已经有了一个无限循环，所以套接字“sock”从来不显式关闭。然而，当进程被杀死或正
常终止时，所有套接字都将自动地被关闭。*/
exit(0);
}
客户方程序：
/* File Name: streamc.c */
#include
#include
#define DATA “half a league, half a league ...”
/* 这个程序建立套接字，然后与命令行给出的套接字连接；连接结束时，在连接上发送
一个消息，然后关闭套接字。命令行的格式是：streamc 主机名 端口号
端口号要与服务器程序的端口号相同 */
main(argc, argv)
int argc;
char *argv[ ];
{
int sock;
struct sockaddr_in server;
struct hostent *hp, *gethostbyname( );
char buf[1024];
/* 建立套接字 */
sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sock < 0) {
perror(“opening stream socket”);
exit(1);
}
/* 使用命令行中指定的名字连接套接字 */
server.sin_family = AF_INET;
hp = gethostbyname(argv[1]);
if (hp == 0) {
fprintf(stderr, “%s: unknown host /n”, argv[1]);
exit(2);
}
memcpy((char*)&server.sin_addr, (char*)hp->;h_addr, hp->;h_length);
sever.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
if (connect(sock, (struct sockaddr*)&server, sizeof(server)) < 0) {
perror(“connecting stream socket”);
exit(3);
}
if (send(sock, DATA, sizeof(DATA)) < 0)
perror(“sending on stream socket”);
closesocket(sock);
exit(0);
}
2.5 一个通用的实例程序
在上一节中，我们介绍了一个简单的socket程序实例。从这个例子我们可以看出，使用socket编程几乎有一
个模式，即所有的程序几乎毫无例外地按相同的顺序调用相同的函数。因此我们可以设想，设计一个中间层
，它向上提供几个简单的函数，程序只要调用这几个函数就可以实现普通的网络数据传输，程序设计者不必
太多地关心socket程序设计的细节。
本节我们将介绍一个通用的网络程序接口，它向上层提供几个简单的函数，程序设计者只要使用这几个函数
就可以完成绝大多数网络数据传输。这些函数将socket编程和上层隔离开来，它使用面向连接的流式套接字
，采用非阻塞的工作机制，程序只要调用这些函数查询网络消息并作出相应的响应即可。这些函数包括：
l InitSocketsStruct：初始化socket结构，获取服务端口号。客户程序使用。
l InitPassiveSock：初始化socket结构，获取服务端口号，建立主套接字。服务器程序使用。
l CloseMainSock：关闭主套接字。服务器程序使用。
l CreateConnection：建立连接。客户程序使用。
l AcceptConnection：接收连接。服务器程序使用。
l CloseConnection：关闭连接。
l QuerySocketsMsg：查询套接字消息。
l SendPacket：发送数据。
l RecvPacket：接收数据。
2.5.1 头文件
/* File Name: tcpsock.h */
/* 头文件包括socket程序经常用到的系统头文件（本例中给出的是SCO Unix下的头文件，其它版本的Unix
的头文件可能略有不同），并定义了我们自己的两个数据结构及其实例变量，以及我们提供的函数说明。*/
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
typedef struct SocketsMsg{ /* 套接字消息结构 */
int AcceptNum; /* 指示是否有外来连接等待接收 */
int ReadNum; /* 有外来数据等待读取的连接数 */
int ReadQueue[32]; /* 有外来数据等待读取的连接队列 */
int WriteNum; /* 可以发送数据的连接数 */
int WriteQueue[32]; /* 可以发送数据的连接队列 */
int ExceptNum; /* 有例外的连接数 */
int ExceptQueue[32]; /* 有例外的连接队列 */
} SocketsMsg;
typedef struct Sockets { /* 套接字结构 */
int DaemonSock; /* 主套接字 */
int SockNum; /* 数据套接字数目 */
int Sockets[64]; /* 数据套接字数组 */
fd_set readfds, writefds, exceptfds; /* 要被检测的可读、可写、例外的套接字集合 */
int Port; /* 端口号 */
} Sockets;
Sockets Mysock; /* 全局变量 */
SocketsMsg SockMsg;
int InitSocketsStruct(char * servicename) ;
int InitPassiveSock(char * servicename) ;
void CloseMainSock();
int CreateConnection(struct in_addr *sin_addr);
int AcceptConnection(struct in_addr *IPaddr);
int CloseConnection(int Sockno);
int QuerySocketsMsg();
int SendPacket(int Sockno, void *buf, int len);
int RecvPacket(int Sockno, void *buf, int size);
2.5.2 函数源文件
/* File Name: tcpsock.c */
/* 本文件给出九个函数的源代码，其中部分地方给出中文注释 */
#include "tcpsock.h"
int InitSocketsStruct(char * servicename)
/* Initialize Sockets structure. If succeed then return 1, else return error code (<0) */
/* 此函数用于只需要主动套接字的客户程序，它用来获取服务信息。服务的定义
在/etc/services文件中 */
{
struct servent *servrec;
struct sockaddr_in serv_addr;
if ((servrec = getservbyname(servicename, "tcp")) == NULL) {
return(-1);
}
bzero((char *)&Mysock, sizeof(Sockets));
Mysock.Port = servrec->;s_port; /* Service Port in Network Byte Order */
return(1);
}
int InitPassiveSock(char * servicename)
/* Initialize Passive Socket. If succeed then return 1, else return error code (<0) */
/* 此函数用于需要被动套接字的服务器程序，它除了获取服务信息外，还建立
一个被动套接字。*/
{
int mainsock, flag=1;
struct servent *servrec;
struct sockaddr_in serv_addr;
if ((servrec = getservbyname(servicename, "tcp")) == NULL) {
return(-1);
}
bzero((char *)&Mysock, sizeof(Sockets));
Mysock.Port = servrec->;s_port; /* Service Port in Network Byte Order */
if((mainsock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
return(-2);
}
bzero((char *)&serv_addr, sizeof(serv_addr));
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); /* 任意网络接口 */
serv_addr.sin_port = servrec->;s_port;
if (bind(mainsock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {
close(mainsock);
return(-3);
}
if (listen(mainsock, 5) == -1) { /* 将主动套接字变为被动套接字，准备好接收连接 */
close(mainsock);
return(-4);
}
/* Set this socket as a Non-blocking socket. */
if (ioctl(mainsock, FIONBIO, &flag) == -1) {
close(mainsock);
return(-5);
}
Mysock.DaemonSock = mainsock;
FD_SET(mainsock, &Mysock.readfds); /* 申明对主套接字“可读”感兴趣 */
FD_SET(mainsock, &Mysock.exceptfds); /* 申明对主套接字上例外事件感兴趣 */
return(1);
}
void CloseMainSock()
/* 关闭主套接字，并清除对它上面事件的申明。在程序结束前关闭主套接字是一个好习惯 */
{
close(Mysock.DaemonSock);
FD_CLR(Mysock.DaemonSock, &Mysock.readfds);
FD_CLR(Mysock.DaemonSock, &Mysock.exceptfds);
}
int CreateConnection(struct in_addr *sin_addr)
/* Create a Connection to remote host which IP address is in sin_addr.
Param: sin_addr indicates the IP address in Network Byte Order.
if succeed return the socket number which indicates this connection,
else return error code (<0) */
{
struct sockaddr_in server; /* server address */
int tmpsock, flag=1, i;
if ((tmpsock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
return(-1);
server.sin_family = AF_INET;
server.sin_port = Mysock.Port;
server.sin_addr.s_addr = sin_addr->;s_addr;
/* Set this socket as a Non-blocking socket. */
if (ioctl(tmpsock, FIONBIO, &flag) == -1) {
close(tmpsock);
return(-2);
}
/* Connect to the server. */
if (connect(tmpsock, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server)) < 0) {
if ((errno != EWOULDBLOCK) && (errno != EINPROGRESS)) {
/* 如果错误代码是EWOULDBLOCK和EINPROGRESS，则不用关闭套接字，因为系统将在之后继续为套接字建立
连接，连接是否建立成功可用select()函数来检测套接字是否“可写”来确定。*/
close(tmpsock);
return(-3); /* Connect error. */
}
}
FD_SET(tmpsock, &Mysock.readfds);
FD_SET(tmpsock, &Mysock.writefds);
FD_SET(tmpsock, &Mysock.exceptfds);
i = 0;
while (Mysock.Sockets != 0) i++; /* look for a blank sockets position */
if (i >;= 64) {
close(tmpsock);
return(-4); /* too many connections */
}
Mysock.Sockets = tmpsock;
Mysock.SockNum++;
return(i);
}
int AcceptConnection(struct in_addr *IPaddr)
/* Accept a connection. If succeed, return the data sockets number, else return -1. */
{
int newsock, len, flag=1, i;
struct sockaddr_in addr;
len = sizeof(addr);
bzero((char *)&addr, len);
if ((newsock = accept(Mysock.DaemonSock, &addr, &len)) == -1)
return(-1); /* Accept error. */
/* Set this socket as a Non-blocking socket. */
ioctl(newsock, FIONBIO, &flag);
FD_SET(newsock, &Mysock.readfds);
FD_SET(newsock, &Mysock.writefds);
FD_SET(newsock, &Mysock.exceptfds);
/* Return IP address in the Parameter. */
IPaddr->;s_addr = addr.sin_addr.s_addr;
i = 0;
while (Mysock.Sockets != 0) i++; /* look for a blank sockets position */
if (i >;= 64) {
close(newsock);
return(-4); /* too many connections */
}
Mysock.Sockets = newsock;
Mysock.SockNum++;
return(i);
}
int CloseConnection(int Sockno)
/* Close a connection indicated by Sockno. */
{
int retcode;
if ((Sockno >;= 64) || (Sockno < 0) || (Mysock.Sockets[Sockno] == 0))
return(0);
retcode = close(Mysock.Sockets[Sockno]);
FD_CLR(Mysock.Sockets[Sockno], &Mysock.readfds);
FD_CLR(Mysock.Sockets[Sockno], &Mysock.writefds);
FD_CLR(Mysock.Sockets[Sockno], &Mysock.exceptfds);
Mysock.Sockets[Sockno] = 0;
Mysock.SockNum--;
return(retcode);
}
int QuerySocketsMsg()
/* Query Sockets Message. If succeed return message number, else return -1.
The message information stored in struct SockMsg. */
{
fd_set rfds, wfds, efds;
int retcode, i;
struct timeval TimeOut;
rfds = Mysock.readfds;
wfds = Mysock.writefds;
efds = Mysock.exceptfds;
TimeOut.tv_sec = 0; /* 立即返回，不阻塞。*/
TimeOut.tv_usec = 0;
bzero((char *)&SockMsg, sizeof(SockMsg));
if ((retcode = select(64, &rfds, &wfds, &efds, &TimeOut)) == 0)
return(0);
if (FD_ISSET(Mysock.DaemonSock, &rfds))
SockMsg.AcceptNum = 1; /* some client call server. */
for (i=0; i<64; i++) /* Data in message */
{
if ((Mysock.Sockets >; 0) && (FD_ISSET(Mysock.Sockets, &rfds)))
SockMsg.ReadQueue[SockMsg.ReadNum++] = i;
}
for (i=0; i<64; i++) /* Data out ready message */
{
if ((Mysock.Sockets >; 0) && (FD_ISSET(Mysock.Sockets, &wfds)))
SockMsg.WriteQueue[SockMsg.WriteNum++] = i;
}
if (FD_ISSET(Mysock.DaemonSock, &efds))
SockMsg.AcceptNum = -1; /* server socket error. */
for (i=0; i<64; i++) /* Error message */
{
if ((Mysock.Sockets >; 0) && (FD_ISSET(Mysock.Sockets, &efds)))
SockMsg.ExceptQueue[SockMsg.ExceptNum++] = i;
}
return(retcode);
}
int SendPacket(int Sockno, void *buf, int len)
/* Send a packet. If succeed return the number of send data, else return -1 */
{
int actlen;
if ((Sockno >;= 64) || (Sockno < 0) || (Mysock.Sockets[Sockno] == 0))
return(0);
if ((actlen = send(Mysock.Sockets[Sockno], buf, len, 0)) < 0)
return(-1);
return(actlen);
}
int RecvPacket(int Sockno, void *buf, int size)
/* Receive a packet. If succeed return the number of receive data, else if the connection
is shutdown by peer then return 0, otherwise return 0-errno */
{
int actlen;
if ((Sockno >;= 64) || (Sockno < 0) || (Mysock.Sockets[Sockno] == 0))
return(0);
if ((actlen = recv(Mysock.Sockets[Sockno], buf, size, 0)) < 0)
return(0-errno);
return(actlen); /* actlen是接收的数据长度，如果为零，指示连接被对方关闭。*/
}
2.5.3 简单服务器程序示例
/* File Name: server.c */
/* 这是一个很简单的重复服务器程序，它初始化好被动套接字后，循环等待接收连接。如果接收到连接，
它显示数据套接字序号和客户端的IP地址；如果数据套接字上有数据到来，它接收数据并显示该连接的数据
套接字序号和接收到的字符串。*/
#include "tcpsock.h"
main(argc, argv)
int argc;
char **argv;
{
struct in_addr sin_addr;
int retcode, i;
char buf[32];
/* 对于服务器程序，它经常是处于无限循环状态，只有在用户主动kill该进程或系统关机时，它才结束。
对于使用kill强行终止的服务器程序，由于主套接字没有关闭，资源没有主动释放，可能会给随后的服务器
程序重新启动产生影响。因此，主动关闭主套接字是一个良好的变成习惯。下面的语句使程序在接收到
SIGINT、SIGQUIT和SIGTERM等信号时先执行CloseMainSock()函数关闭主套接字，然后再结束程序。因此，
在使用kill强行终止服务器进程时，应该先使用kill -2 PID给服务器程序一个消息使其关闭主套接字，然
后在用kill -9 PID强行结束该进程。*/
(void) signal(SIGINT, CloseMainSock);
(void) signal(SIGQUIT, CloseMainSock);
(void) signal(SIGTERM, CloseMainSock);
if ((retcode = InitPassiveSock("TestService")) < 0) {
printf("InitPassiveSock: error code = %d/n", retcode);
exit(-1);
}
while (1) {
retcode = QuerySocketsMsg(); /* 查询网络消息 */
if (SockMsg.AcceptNum == 1) { /* 有外来连接等待接收？*/
retcode = AcceptConnection(&sin_addr);
printf("retcode = %d, IP = %s /n", retcode, inet_ntoa(sin_addr.s_addr));
}
else if (SockMsg.AcceptNum == -1) /* 主套接字错误？*/
printf("Daemon Sockets error./n");
for (i=0; i
if ((retcode = RecvPacket(SockMsg.ReadQueue, buf, 32)) >; 0)
printf("sockno %d Recv string = %s /n", SockMsg.ReadQueue, buf);
else /* 返回数据长度为零，指示连接中断，关闭套接字。*/
CloseConnection(SockMsg.ReadQueue);
}
} /* end while */
}
2.5.4 简单客户程序示例
/* File Name: client.c */
/* 客户程序在执行时，先初始化数据结构，然后等待用户输入命令。它识别四个命令：
conn(ect)： 和服务器建立连接；
send： 给指定连接发送数据；
clos(e)： 关闭指定连接；
quit： 退出客户程序。
*/
#include "tcpsock.h"
main(argc, argv)
int argc;
char **argv;
{
char cmd_buf[16];
struct in_addr sin_addr;
int sockno1, retcode;
char *buf = "This is a string for test.";
sin_addr.s_addr = inet_addr("166.111.5.249"); /* 运行服务器程序的主机的IP地址 */
if ((retcode = InitSocketsStruct("TestService")) < 0) { /* 初始化数据结构 */
printf("InitSocketsStruct: error code = %d/n", retcode);
exit(1);
}
while (1) {
printf(">;");
gets(cmd_buf);
if (!strncmp(cmd_buf, "conn", 4)) {
retcode = CreateConnection(&sin_addr); /* 建立连接 */
printf("return code: %d/n", retcode);
}
else if(!strncmp(cmd_buf, "send", 4)) {
printf("Sockets Number:");
scanf("%d", &sockno1);
retcode = SendPacket(sockno1, buf, 26); /* 发送数据 */
printf("return code: %d/n", retcode, sizeof(buf));
}
else if (!strncmp(cmd_buf, "close", 4)) {
printf("Sockets Number:");
scanf("%d", &sockno1);
retcode = CloseConnection(sockno1); /* 关闭连接 */
printf("return code: %d/n", retcode);
}
else if (!strncmp(cmd_buf, "quit", 4))
exit(0);
else
putchar('/007');
} /* end while */
}