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一文帶你深入了解Linux C Socket Api

猿友 2020-07-31 11:55:23 瀏覽數(shù) (3897)
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寫(xiě)這篇文章是為了讓大家對(duì)Linux C Socket Api了解更加詳細(xì)。

UNIX 環(huán)境高級(jí)編程對(duì) Socket 通信的描述是套接字網(wǎng)絡(luò) IPC( 進(jìn)程間通信 ) ，可以用于計(jì)算機(jī)間通信也可用于計(jì)算機(jī)內(nèi)通信，管道、消息隊(duì)列、信號(hào)量以及共享內(nèi)存等都是屬于計(jì)算機(jī)內(nèi)通信的情況。

Socket 通信

套接字Api詳細(xì)介紹

1.套接字描述符

首先會(huì)先到的是文件描述符，對(duì)Linux一切皆文件的哲學(xué)又多懂了一點(diǎn)兒點(diǎn)兒。

套接字是通信端點(diǎn)的抽象。與應(yīng)用程序使用文件描述符一樣，訪問(wèn)套接字需要使用套接字描述符。套接字描述符在UNIX系統(tǒng)是用文件描述符實(shí)現(xiàn)的。

include <sys/socket.h>

int  socket (int domain, int type, int protocal);
返回值：成功返回文件(套接字)描述符，出錯(cuò)返回-1

參數(shù) domain( 域 ) 確定通信的特性，包括地址格式。各個(gè)域都有自己的格式表示地址，表示各個(gè)域的常數(shù)都以 AF_開(kāi)頭，意指地址族 (address family).

套接字通信域

參數(shù)type確定套接字的類(lèi)型，進(jìn)一步確定通信特征。下圖給出了一些類(lèi)型，但在實(shí)現(xiàn)中可以自由增加對(duì)其他類(lèi)型的支持。

套接字類(lèi)型

參數(shù)protocol通常是 0 ，表示按給定的域和套接字類(lèi)型選擇默認(rèn)的協(xié)議。當(dāng)對(duì)同一域和套接字類(lèi)型支持多個(gè)協(xié)議時(shí)，可以使用 proticol 參數(shù)選擇一個(gè)特定協(xié)議。在 A_FINET 通信域中套接字類(lèi)型 SOCK_STREAM 的默認(rèn)協(xié)議是 TCP( 傳輸控制協(xié)議 ) ； A_FINET 通信域中套接字類(lèi)型 SOCK_DGRAM 的默認(rèn)協(xié)議是 UDP( 用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議 ) 。

字節(jié)流(SOCK_STREAM)要求在交換數(shù)據(jù)之前，在本地套接字和遠(yuǎn)程套接字之間建立一個(gè)邏輯聯(lián)系。

Tcp ： 沒(méi)有報(bào)文界限，提供的是字節(jié)流服務(wù) 。之前寫(xiě)過(guò) Qt 傳輸圖片的拆包與解包，原因就是如此吧。

調(diào)用socket與調(diào)用 open 類(lèi)型，均可獲得用于輸入、輸出的文件描述符。不用的時(shí)候記得 close 關(guān)閉。

2.尋址

如何確定一個(gè)目標(biāo)通信進(jìn)程？

進(jìn)程的標(biāo)識(shí)有兩個(gè)部分：計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)地址可以確定網(wǎng)絡(luò)上與之想要通信的計(jì)算機(jī)

服務(wù)可以確定計(jì)算機(jī)上的特定進(jìn)程。

2.1 字節(jié)序

在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上進(jìn)程間通信時(shí)，一般無(wú)需考慮字節(jié)序。

TCP/IP協(xié)議棧使用大端字節(jié)序。有關(guān)字節(jié)序大家可自行百度。

Linux系統(tǒng)是小端字節(jié)序。

2.2 地址格式

地址確定了特定通信域中的套接字端點(diǎn)，地址格式與特定的通信域相關(guān)。為使不同格式的地址能夠被傳入到套接字函數(shù)，地址被強(qiáng)轉(zhuǎn)換成通用的地址結(jié)構(gòu)sockaddr表示。

Linux中，sockaddr_in定義如下;

struct sockaddr_in { sa_family_t sin_family; in_port_t sin_port; struct in_addr sin_addr; unsigned char sin_zero[8]; };

其中成員sin_zero為填充字段，必須全部置0. 所以在網(wǎng)上搜到的例子有使用bzero.

我目前使用的ubuntu定義如下：

/ Structure describing an Internet socket address. / struct sockaddr_in { __SOCKADDRCOMMON (sin); in_port_t sin_port; / Port number. / struct in_addr sin_addr; / Internet address. /


    /* Pad to size of `struct sockaddr'.  */
    unsigned char sin_zero[sizeof (struct sockaddr) -
               __SOCKADDR_COMMON_SIZE -
               sizeof (in_port_t) -
               sizeof (struct in_addr)];
  };

還有很多關(guān)于地址查詢(xún)的函數(shù)，這里就不一一列舉了。

3. 將套接字與地址綁定

使用bind函數(shù)將地址綁定到一個(gè)套接字上。

include <sys/socket.h>

int bind(int  sockfd, const struct sockaddr * addr, socklen_t  len);
返回值：成功返回0，出錯(cuò)返回-1

參數(shù)socklen_t使用sizeof來(lái)計(jì)算就好了。

對(duì)于使用地址的一些限制：

端口號(hào)不能小于1024，除非該進(jìn)程具有相應(yīng)的特權(quán)(即為超級(jí)用戶(hù))?？梢?jiàn)規(guī)則總是因人而異，計(jì)算機(jī)也是如此~

對(duì)于因特網(wǎng)域，如果指定IP地址為ADDR_ANY，套接字端點(diǎn)可以被綁定到所有的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口。

注意： linux的man命令可以查看api的詳細(xì)說(shuō)明，而且還有例子，也挺不錯(cuò)的。

4. 建立連接

1> connect

如果處理的是面向連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)(SOCK_STREAM或SOCK_SEQPACKET)，在開(kāi)始交換數(shù)據(jù)前，需要在請(qǐng)求服務(wù)的進(jìn)程套接字(客戶(hù)端)和提供服務(wù)的進(jìn)程套接字(服務(wù)器)之間建立一個(gè)連接。使用connect.

include <sys/socket.h>

int connect(int  sockfd, const struct sockaddr  *addr,  socklen_t  len);
返回值：成功返回0，出錯(cuò)返回-1

誒，這個(gè)參數(shù)好熟悉呀，和bind函數(shù)的參數(shù)一模一樣呀~

當(dāng)client連接server時(shí)，由于一些原因，連接可能會(huì)失敗?？梢允褂弥笖?shù)補(bǔ)償?shù)乃惴ń鉀Q，了解一下即可。

2> listen

server調(diào)用listen來(lái)宣告可以接受連接請(qǐng)求：

include <sys/socket.h>

Int listen(int  sockfd, int  backlog);
返回值：成功返回0，出錯(cuò)返回-1

參數(shù)backlog提供了一個(gè)提示，用于表示該進(jìn)程所要入隊(duì)的連接請(qǐng)求數(shù)量。其值由系統(tǒng)決定，但上限由<sys/socket.h>中SOMAXCONN指定。

一旦隊(duì)列滿(mǎn)，系統(tǒng)會(huì)拒絕多余的連接請(qǐng)求。

3> accept

一旦服務(wù)器調(diào)用了listen，套接字就能接收連接請(qǐng)求。使用函數(shù)accept獲得連接請(qǐng)求并建立連接。

include <sys/socket.h>

Int accept(int sockfd,  struct sockaddr *restrict  addr, socklen_t *restrict  len);
返回值：成功返回文件(套接字)描述符，出錯(cuò)返回-1

函數(shù)accept所返回的文件描述符是套接字描述符，該描述符連接到調(diào)用connect的客戶(hù)端。這個(gè)新的套接字描述符和原始套接字(sockfd)具有相同的套接字類(lèi)型和地址族。傳給accept的原始套接字沒(méi)有關(guān)聯(lián)到這個(gè)連接，而是繼續(xù)保持可用狀態(tài)并接受其他連接請(qǐng)求。

如果不關(guān)心客戶(hù)端標(biāo)識(shí)，可以將addr和len設(shè)置為NULL,否則addr存放的是連接的客戶(hù)端的地址。

如果沒(méi)有連接請(qǐng)求等待處理，accept會(huì)阻塞直到有請(qǐng)求到來(lái)。另外server可以使用poll或select來(lái)等待一個(gè)請(qǐng)求的到來(lái)。

5. 數(shù)據(jù)傳輸

既然將套接字端點(diǎn)表示為文件描述符，那么只要建立連接，就可以使用read和write來(lái)通過(guò)套接字通信。read和write函數(shù)我?guī)缀醪挥?，了解一下即可?/p>

1> send

include <sys/socket.h>

Int send(int sockfd,  const void *buf,  size_t  nbytes,  int  flags);
返回值：成功返回發(fā)送的字節(jié)數(shù)，出錯(cuò)返回-1

注意：如果send成功返回，并不一定并表示連接的另一端的進(jìn)程接收數(shù)據(jù)?？梢员ＷC的是數(shù)據(jù)已經(jīng)無(wú)誤的發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上。

標(biāo)志我一直用的是0

send套接字調(diào)用標(biāo)志

2> recv

include <sys/socket.h>

int recv(int sockfd,  const void *buf,  size_t  nbytes,  int  flags);
返回值：以字節(jié)計(jì)數(shù)的消息長(zhǎng)度，若無(wú)可用消息或?qū)Ψ揭呀?jīng)按序結(jié)束則返回0，         出錯(cuò)返回-1

仍然一直是0

recv套接字調(diào)用標(biāo)志

如果想定位發(fā)送者，可以使用recvfrom來(lái)得到數(shù)據(jù)發(fā)送者的源地址。

3> recvfrom

include <sys/socket.h>

int recv(int sockfd,  void *restrict buf, size_t len, int flag, 
struct sockaddr *restrict  addr, 
socklen_t *restrict  len);
返回值：以字節(jié)計(jì)數(shù)的消息長(zhǎng)度，若無(wú)可用消息或?qū)Ψ揭呀?jīng)按序結(jié)束則返回0，         出錯(cuò)返回-1

因?yàn)榭梢垣@得發(fā)送者的地址，recvfrom通常用于無(wú)連接套接字。否則，recvfrom等同于recv。

以上就是關(guān)于 Linux C Socket Api的詳解了，希望對(duì)大家有所幫助，對(duì)Linux感興趣的同學(xué)可以看一下教程：

Linux教程：http://www.o2fo.com/linux/

Linux微課：http://www.o2fo.com/minicourse/play/linuxcourse

Linux就該這么學(xué)：http://www.o2fo.com/linuxprobe/

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