Linux下Socket编程入门

原创

_咯噔_

修改于 2022-04-27 14:50:23

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修改于 2022-04-27 14:50:23

文章被收录于专栏：CS学习笔记

1、网络字节序和主机字节序

网络字节序是TCP/IP中规定好的一种数据表示格式，它与具体的CPU类型、操作系统等无关，从而可以保证数据在不同主机之间传输时能够被正确解释。网络字节序采用big endian排序方式。

不同的CPU有不同的字节序类型，这些字节序是指整数在内存中保存的顺序，这个叫做主机字节序，有大端小端两种。

htons()--"Host to Network Short"

htonl()--"Host to Network Long"

ntohs()--"Network to Host Short"

ntohl()--"Network to Host Long"

2、几个结构体

struct sockaddr {

　　unsigned short sa_family; /* 地址家族, AF_xxx */

　　char sa_data[14]; /*14字节协议地址*/

};

struct sockaddr_in {

　　short int sin_family; /* 通信类型 */

　　unsigned short int sin_port; /* 端口 */

　　struct in_addr sin_addr; /* Internet 地址 */

　　unsigned char sin_zero[8]; /* 与sockaddr结构的长度相同*/

};

struct in_addr {

　　unsigned long s_addr;

};

3、inet_addr和inet_ntoa

函数inet_addr(),将IP地址从字符串转换成无符号长整型，注意，inet_addr()返回的地址已经是网络字节格式

ina.sin_addr.s_addr = inet_addr("132.241.5.10");

inet_ntoa()将结构体in-addr作为一个参数，不是长整形。同样需要注意的是它返回的是一个指向一个字符的指针

printf("%s",inet_ntoa(ina.sin_addr));

4、socket()函数

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

domain：即协议域，又称为协议族（family）。常用的协议族有AF_INET

type：指定socket类型。常用的socket类型有SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW等等（socket的类型有哪些？）。

protocol：故名思意，就是指定协议。当protocol为0时，会自动选择type类型对应的默认协议。

5、bind()函数

绑定套接字到指定的IP地址和端口号

int bind(int sockfd, struct sockaddr *my_addr, int addrlen);

6、connect()

serv_addr 是保存着目的地端口和IP地址的数据结构 struct sockaddr

至于客户端，内核将自动选择一个合适的端口号

int connect(int sockfd, struct sockaddr *serv_addr, int addrlen);

7、listen()

bind()之后用listen，监听绑定的端口号

int listen(int sockfd, int backlog);

使用两个队列实现，一个SYN队列（或半连接队列）和一个accept队列（或完整的连接队列）。处于SYN RECEIVED状态的连接被添加到SYN队列，并且当它们的状态改变为ESTABLISHED时，即当接收到3次握手中的ACK分组时，将它们移动到accept队列。显而易见，accept系统调用只是简单地从完成队列中取出连接。在这种情况下，listen syscall的backlog参数表示完成队列的大小

8、accept()函数

accept()函数实际做的是在已完成连接队列列头返回下一个已完成连接，服务器三路握手在listen()函数之后,accept()之前, 由内核来自动完成了三路握手。

函数通过后两个参数返回客户端的sockaddr_in结构体和长度

返回值是一个新的套接字文件描述符，这样就有两个套接字了，原来的一个还在侦听你的那个端口，新的在准备发送 (send()) 和接收 ( recv()) 数据

int accept(int sockfd, void *addr, int *addrlen);

9、send()和recv()函数

这两个函数用于流式套接字或者数据报套接字的通讯。flag一般为0。

int send(int sockfd, const void *msg, int len, int flags);

int recv(int sockfd, void *buf, int len, unsigned int flags);

如果你用 connect() 连接一个数据报套接字，你可以简单的调用 send() 和 recv() 来满足你的要求

10、sendto() 和 recvfrom()函数

数据报套接字使用

int sendto(int sockfd, const void *msg, int len, unsigned int flags, 

const struct sockaddr *to, int tolen);

int recvfrom(int sockfd, void *buf, int len, unsigned int flags, 　

struct sockaddr *from, int *fromlen);

11、getpeername()函数

函数 getpeername() 告诉你在连接的流式套接字上谁在另外一边

int getpeername(int sockfd, struct sockaddr *addr, int *addrlen);

12、gethostname()函数

返回你程序所运行的机器的主机名字

int gethostname(char *hostname, size_t size);

13、gethostbyname()函数

多用于客户端。DNS域名服务

struct hostent *gethostbyname(const char *name);

struct hostent {

　　char *h_name;

　　char **h_aliases;

　　int h_addrtype;

　　int h_length;

　　char **h_addr_list;

};

14、TCP的例子

服务器：

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <errno.h>

#include <string.h>

#include <sys/types.h>

#include <netinet/in.h>

#include <sys/socket.h>

#include <sys/wait.h>

#define MYPORT 3490 /*定义用户连接端口*/

#define BACKLOG 10 /*多少等待连接控制*/

main()

{

　　int sockfd, new_fd; /* listen on sock_fd, new connection on new_fd */

　　struct sockaddr_in my_addr; /* my address information */

　　struct sockaddr_in their_addr; /* connector's address information */

　　int sin_size;

　　if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {

　　perror("socket");

　　exit(1);

　　}

　　my_addr.sin_family = AF_INET; /* host byte order */

　　my_addr.sin_port = htons(MYPORT); /* short, network byte order */

　　my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; /* auto-fill with my IP */

　　bzero(&(my_addr.sin_zero),; /* zero the rest of the struct */

 

　　if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&my_addr, sizeof(struct sockaddr))== -1) {

　　perror("bind");

　　exit(1);

　　}

　　if (listen(sockfd, BACKLOG) == -1) {

　　perror("listen");

　　exit(1);

　　}

 

　　while(1) { /* main accept() loop */

　　sin_size = sizeof(struct sockaddr_in);

　　if ((new_fd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&their_addr, &sin_size)) == -1) {

　　perror("accept");

　　continue;

　　}

　　printf("server: got connection from %s\n", \

　　inet_ntoa(their_addr.sin_addr));

　　if (!fork()) { /* this is the child process */

　　if (send(new_fd, "Hello, world!\n", 14, 0) == -1)

　　perror("send");

　　close(new_fd);

　　exit(0);

　　}

　　close(new_fd); /* parent doesn't need this */

　　while(waitpid(-1,NULL,WNOHANG) > 0); /* clean up child processes */

}

}

客户端：

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <errno.h>

#include <string.h>

#include <sys/types.h>

#include <netinet/in.h>

#include <sys/socket.h>

#include <sys/wait.h>

#define PORT 3490 /* 客户机连接远程主机的端口 */

#define MAXDATASIZE 100 /* 每次可以接收的最大字节 */

int main(int argc, char *argv[])

{

int sockfd, numbytes;

char buf[MAXDATASIZE];

struct hostent *he;

struct sockaddr_in their_addr; /* connector's address information */

if (argc != 2) {

fprintf(stderr,"usage: client hostname\n");

exit(1);

}

if ((he=gethostbyname(argv[1])) == NULL) { /* get the host info */

herror("gethostbyname");

exit(1);

}

if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {

perror("socket");

exit(1);

}

their_addr.sin_family = AF_INET; /* host byte order */

their_addr.sin_port = htons(PORT); /* short, network byte order */

their_addr.sin_addr = *((struct in_addr *)he->h_addr);

bzero(&(their_addr.sin_zero),; /* zero the rest of the struct */

if(connect(sockfd,(struct sockaddr *)&their_addr,sizeof(struct sockaddr)) == -1) {

perror("connect");

exit(1);

}

if ((numbytes=recv(sockfd, buf, MAXDATASIZE, 0)) == -1) {

perror("recv");

exit(1);

}

buf[numbytes] = '\0';

printf("Received: %s",buf);

close(sockfd);

return 0;

}

15、UDP的例子

服务器：

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <errno.h>

#include <string.h>

#include <sys/types.h>

#include <netinet/in.h>

#include <sys/socket.h>

#include <sys/wait.h>

#define MYPORT 4950 /* the port users will be sending to */

#define MAXBUFLEN 100

main()

{

int sockfd;

struct sockaddr_in my_addr; /* my address information */

struct sockaddr_in their_addr; /* connector's address information */

int addr_len, numbytes;

char buf[MAXBUFLEN];

if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) == -1) {

perror("socket");

exit(1);

}

my_addr.sin_family = AF_INET; /* host byte order */

my_addr.sin_port = htons(MYPORT); /* short, network byte order */

my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; /* auto-fill with my IP */

bzero(&(my_addr.sin_zero),; /* zero the rest of the struct */

if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&my_addr, sizeof(struct sockaddr)) == -1) {

perror("bind");

exit(1);

}

addr_len = sizeof(struct sockaddr);

if ((numbytes=recvfrom(sockfd, buf, MAXBUFLEN, 0,     \

(struct sockaddr *)&their_addr, &addr_len)) == -1) {

perror("recvfrom");

exit(1);

}

printf("got packet from %s\n",inet_ntoa(their_addr.sin_addr));

printf("packet is %d bytes long\n",numbytes);

buf[numbytes] = '\0';

printf("packet contains \"%s\"\n",buf);

close(sockfd);

}

客户端：

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <errno.h>

#include <string.h>

#include <sys/types.h>

#include <netinet/in.h>

#include <sys/socket.h>

#include <sys/wait.h>

#define MYPORT 4950 /* the port users will be sending to */

int main(int argc, char *argv[])

{

int sockfd;

struct sockaddr_in their_addr; /* connector's address information */

struct hostent *he;

int numbytes;

 

if (argc != 3) {

fprintf(stderr,"usage: talker hostname message\n");

exit(1);

}

 

if ((he=gethostbyname(argv[1])) == NULL) { /* get the host info */

herror("gethostbyname");

exit(1);

}

if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) == -1) {

perror("socket");

exit(1);

}

their_addr.sin_family = AF_INET; /* host byte order */

their_addr.sin_port = htons(MYPORT); /* short, network byte order */

their_addr.sin_addr = *((struct in_addr *)he->h_addr);

bzero(&(their_addr.sin_zero),; /* zero the rest of the struct */

if ((numbytes=sendto(sockfd, argv[2], strlen(argv[2]), 0, \

(struct sockaddr *)&their_addr, sizeof(struct sockaddr))) == -1) {

perror("sendto");

exit(1);

}

printf("sent %d bytes to %s\n",numbytes,inet_ntoa(their_addr.sin_addr));

close(sockfd);

return 0;

}

16、阻塞

很多函数都利用阻塞。accept() 阻塞，所有的 recv*() 函数阻塞。它们之所以能这样做是因为它们被允许这样做。当你第一次调用 socket() 建立套接字描述符的时候，内核就将它设置为阻塞，如果你不想套接字阻塞，你就要调用函数 fcntl()：

#include <unistd.h>
#include <fontl.h>
……
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
fcntl(sockfd, F_SETFL, O_NONBLOCK);
……

让你的程序在忙等状态查询套接字的数据，这将浪费大量的 CPU 时间。更好的解决之道是用下面讲的 select() 去查询是否有数据要读进来。

17、select()--多路复用 I/O

select() 让你可以同时监视多个套接字。如果你想知道的话，那么它就会告诉你哪个套接字准备读，哪个又准备写，哪个套接字又发生了例外 (exception)。

如果你有一个正在侦听 (listen()) 的套接字，你可以通过将该套接字的文件描述符加入到 readfds 集合中来看是否有新的连接

#include <sys/time.h>

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

int select(int numfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

numfds是一个整数值，是指集合中所有文件描述符的范围，即所有文件描述符的最大值加1

fd_set可以理解为一个集合，这个集合中存放的是文件描述符(file descriptor)，即文件句柄。fd_set集合可以通过一些宏由人为来操作。下面有一些宏来对这个类型进行操作：

FD_ZERO(fd_set *set) – 清除一个文件描述符集合
FD_SET(int fd, fd_set *set) - 添加fd到集合
FD_CLR(int fd, fd_set *set) – 从集合中移去fd
FD_ISSET(int fd, fd_set *set) – 测试fd是否在集合中

struct timeval用来代表时间值，有两个成员，一个是秒数，另一个是微秒数。若将NULL以形参传入，即不传入时间结构，就是将select置于阻塞状态，一定等到监视文件描述符集合中某个文件描述符发生变化为止；第二，若将时间值设为0秒0毫秒，就变成一个纯粹的非阻塞函数，不管文件描述符是否有变化，都立刻返回继续执行，文件无变化返回0，有变化返回一个正值；第三，timeout的值大于0，这就是等待的超时时间，即select在timeout时间内阻塞，超时时间之内有事件到来就返回了，否则在超时后不管怎样一定返回。

原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。

如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

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