http://blog.csdn.net/bingqingsuimeng/article/details/8470029

http://blog.chinaunix.net/uid-20511624-id-1659107.html

什么是Socket

Socket接口是TCP/IP网络的API,Socket接口定义了许多函数或例程,程式员能够用他们来研发TCP/IP网络上的应用程式。要学Internet上的TCP/IP网络编程,必须理解Socket接口。

Socket接口设计者最先是将接口放在Unix操作系统里面的。假如了解Unix系统的输入和输出的话,就很容易了解Socket了。网络的 Socket数据传输是一种特别的I/O,Socket也是一种文档描述符。Socket也具备一个类似于打开文档的函数调用Socket(),该函数返回一个整型的Socket描述符,随后的连接建立、数据传输等操作都是通过该Socket实现的。常用的Socket类型有两种:流式Socket (SOCK_STREAM)和数据报式Socket(SOCK_DGRAM)。流式是一种面向连接的Socket,针对于面向连接的TCP服务应用;数据报式Socket是一种无连接的Socket,对应于无连接的UDP服务应用。

Socket建立

为了建立Socket,程式能够调用Socket函数,该函数返回一个类似于文档描述符的句柄。socket函数原型为:

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

domain指明所使用的协议族,通常为PF_INET,表示互连网协议族(TCP/IP协议族);type参数指定socket的类型: SOCK_STREAM 或SOCK_DGRAM,Socket接口还定义了原始Socket(SOCK_RAW),允许程式使用低层协议;protocol通常赋值"0”。 Socket()调用返回一个整型socket描述符,您能够在后面的调用使用他。

Socket描述符是个指向内部数据结构的指针,他指向描述符表入口。调用Socket函数时,socket执行体将建立一个Socket,实际上"建立一个Socket"意味着为一个Socket数据结构分配存储空间。Socket执行体为您管理描述符表。

两个网络程式之间的一个网络连接包括五种信息:通信协议、本地协议地址、本地主机端口、远端主机地址和远端协议端口。Socket数据结构中包含这五种信息。

Socket配置

通过socket调用返回一个socket描述符后,在使用socket进行网络传输以前,必须配置该socket。面向连接的socket客户端通过调用Connect函数在socket数据结构中保存本地和远端信息。无连接socket的客户端和服务端连同面向连接socket的服务端通过调用 bind函数来配置本地信息。

Bind函数将socket和本机上的一个端口相关联,随后您就能够在该端口监听服务请求。Bind函数原型为:

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

Sockfd是调用socket函数返回的socket描述符,my_addr是个指向包含有本机IP地址及端口号等信息的sockaddr类型的指针;addrlen常被配置为sizeof(struct sockaddr)。

struct sockaddr结构类型是用来保存socket信息的:

struct sockaddr {

unsigned short sa_family; /* 地址族, AF_xxx */

char sa_data[14]; /* 14 字节的协议地址 */

};

sa_family一般为AF_INET,代表Internet(TCP/IP)地址族;sa_data则包含该socket的IP地址和端口号。

另外更有一种结构类型:

struct sockaddr_in {

short int sin_family; /* 地址族 */

unsigned short int sin_port; /* 端口号 */

struct in_addr sin_addr; /* IP地址 */

unsigned char sin_zero[8]; /* 填充0 以保持和struct sockaddr同样大小 */

};

这个结构更方便使用。sin_zero用来将sockaddr_in结构填充到和struct sockaddr同样的长度,能够用bzero()或memset()函数将其置为零。指向sockaddr_in 的指针和指向sockaddr的指针能够相互转换,这意味着假如一个函数所需参数类型是sockaddr时,您能够在函数调用的时候将一个指向 sockaddr_in的指针转换为指向sockaddr的指针;或相反。

使用bind函数时,能够用下面的赋值实现自动获得本机IP地址和随机获取一个没有被占用的端口号:

my_addr.sin_port = 0; /* 系统随机选择一个未被使用的端口号 */

my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; /* 填入本机IP地址 */

通过将my_addr.sin_port置为0,函数会自动为您选择一个未占用的端口来使用。同样,通过将my_addr.sin_addr.s_addr置为INADDR_ANY,系统会自动填入本机IP地址。

注意在使用bind函数是需要将sin_port和sin_addr转换成为网络字节优先顺序;而sin_addr则无需转换。

电脑数据存储有两种字节优先顺序:高位字节优先和低位字节优先。Internet上数据以高位字节优先顺序在网络上传输,所以对于在内部是以低位字节优先方式存储数据的机器,在Internet上传输数据时就需要进行转换,否则就会出现数据不一致。

下面是几个字节顺序转换函数:

·htonl():把32位值从主机字节序转换成网络字节序

·htons():把16位值从主机字节序转换成网络字节序

·ntohl():把32位值从网络字节序转换成主机字节序

·ntohs():把16位值从网络字节序转换成主机字节序

Bind()函数在成功被调用时返回0;出现错误时返回”-1"并将errno置为相应的错误号。需要注意的是,在调用bind函数时一般不要将端口号置为小于1024的值,因为1到1024是保留端口号,您能够选择大于1024中的任何一个没有被占用的端口号。

连接建立

面向连接的客户程式使用Connect函数来配置socket并和远端服务器建立一个TCP连接,其函数原型为:

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

Sockfd 是socket函数返回的socket描述符;serv_addr是包含远端主机IP地址和端口号的指针;addrlen是远端地质结构的长度。 Connect函数在出现错误时返回-1,并且配置errno为相应的错误码。进行客户端程式设计无须调用bind(),因为这种情况下只需知道目的机器的IP地址,而客户通过哪个端口和服务器建立连接并无需关心,socket执行体为您的程式自动选择一个未被占用的端口,并通知您的程式数据什么时候到打断口。

Connect函数启动和远端主机的直接连接。只有面向连接的客户程式使用socket时才需要将此socket和远端主机相连。无连接协议从不建立直接连接。面向连接的服务器也从不启动一个连接,他只是被动的在协议端口监听客户的请求。

Listen函数使socket处于被动的监听模式,并为该socket建立一个输入数据队列,将到达的服务请求保存在此队列中,直到程式处理他们。

int listen(int sockfd, int backlog);

Sockfd 是Socket系统调用返回的socket 描述符;backlog指定在请求队列中允许的最大请求数,进入的连接请求将在队列中等待accept()他们(参考下文)。Backlog对队列中等待服务的请求的数目进行了限制,大多数系统缺省值为20。假如一个服务请求到来时,输入队列已满,该socket将拒绝连接请求,客户将收到一个出错信息。

当出现错误时listen函数返回-1,并置相应的errno错误码。

accept()函数让服务器接收客户的连接请求。在建立好输入队列后,服务器就调用accept函数,然后睡眠并等待客户的连接请求。

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

sockfd是被监听的socket描述符,addr通常是个指向sockaddr_in变量的指针,该变量用来存放提出连接请求服务的主机的信息(某台主机从某个端口发出该请求);addrten通常为一个指向值为sizeof(struct sockaddr_in)的整型指针变量。出现错误时accept函数返回-1并置相应的errno值。

首先,当accept函数监控的 socket收到连接请求时,socket执行体将建立一个新的socket,执行体将这个新socket和请求连接进程的地址联系起来,收到服务请求的初始socket仍能够继续在以前的 socket上监听,同时能够在新的socket描述符上进行数据传输操作。

数据传输

Send()和recv()这两个函数用于面向连接的socket上进行数据传输。

Send()函数原型为:

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

Sockfd是您想用来传输数据的socket描述符;msg是个指向要发送数据的指针;Len是以字节为单位的数据的长度;flags一般情况下置为0(关于该参数的用法可参照man手册)。

Send()函数返回实际上发送出的字节数,可能会少于您希望发送的数据。在程式中应该将send()的返回值和欲发送的字节数进行比较。当send()返回值和len不匹配时,应该对这种情况进行处理。

char *msg = “Hello!";

int len, bytes_sent;

……

len = strlen(msg);

bytes_sent = send(sockfd, msg,len,0);

……

recv()函数原型为:

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

Sockfd是接受数据的socket描述符;buf 是存放接收数据的缓冲区;len是缓冲的长度。Flags也被置为0。Recv()返回实际上接收的字节数,当出现错误时,返回-1并置相应的errno值。

Sendto()和recvfrom()用于在无连接的数据报socket方式下进行数据传输。由于本地socket并没有和远端机器建立连接,所以在发送数据时应指明目的地址。

sendto()函数原型为:

int sendto(int sockfd, const void *msg,int len,unsigned int flags,const struct sockaddr *to, int tolen);

该函数比send()函数多了两个参数,to表示目地机的IP地址和端口号信息,而tolen常常被赋值为sizeof (struct sockaddr)。Sendto 函数也返回实际发送的数据字节长度或在出现发送错误时返回-1。

Recvfrom()函数原型为:

int recvfrom(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags,struct sockaddr *from,int *fromlen);

from是个struct sockaddr类型的变量,该变量保存源机的IP地址及端口号。fromlen常置为sizeof (struct sockaddr)。当recvfrom()返回时,fromlen包含实际存入from中的数据字节数。Recvfrom()函数返回接收到的字节数或当出现错误时返回-1,并置相应的errno。

假如您对数据报socket调用了connect()函数时,您也能够利用send()和recv()进行数据传输,但该socket仍然是数据报socket,并且利用传输层的UDP服务。但在发送或接收数据报时,内核会自动为之加上目地和源地址信息。

结束传输

当任何的数据操作结束以后,您能够调用close()函数来释放该socket,从而停止在该socket上的任何数据操作:

close(sockfd);

您也能够调用shutdown()函数来关闭该socket。该函数允许您只停止在某个方向上的数据传输,而一个方向上的数据传输继续进行。如您能够关闭某socket的写操作而允许继续在该socket上接受数据,直至读入任何数据。

int shutdown(int sockfd,int how);

Sockfd是需要关闭的socket的描述符。参数 how允许为shutdown操作选择以下几种方式:

·0—不允许继续接收数据

·1—不允许继续发送数据

·2—不允许继续发送和接收数据,

·均为允许则调用close ()

shutdown在操作成功时返回0,在出现错误时返回-1并置相应errno。

Socket编程实例

代码实例中的服务器通过socket连接向客户端发送字符串"Hello, you are connected!"。只要在服务器上运行该服务器软件,在客户端运行客户软件,客户端就会收到该字符串。

该服务器软件代码如下:

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#define SERVPORT 3333 /*服务器监听端口号 */

#define BACKLOG 10 /* 最大同时连接请求数 */

main()

{

int sockfd,client_fd; /*sock_fd:监听socket;client_fd:数据传输socket */

struct sockaddr_in my_addr; /* 本机地址信息 */

struct sockaddr_in remote_addr; /* 客户端地址信息 */

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

perror(“socket创建出错!"); exit(1);

}

my_addr.sin_family=AF_INET;

my_addr.sin_port=htons(SERVPORT);

my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

bzero(&(my_addr.sin_zero),8);

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

perror(“bind出错!");

exit(1);

}

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

perror(“listen出错!");

exit(1);

}

while(1) {

sin_size = sizeof(struct sockaddr_in);

if ((client_fd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&remote_addr, &sin_size)) == -1) {

perror(“accept出错”);

continue;

}

printf(“received a connection from %s\n”, inet_ntoa(remote_addr.sin_addr));

if (!fork()) { /* 子进程代码段 */

if (send(client_fd, “Hello, you are connected!\n”, 26, 0) == -1)

perror(“send出错!");

close(client_fd);

exit(0);

}

close(client_fd);

}

}

}

服务器的工作流程是这样的:首先调用socket函数创建一个Socket,然后调用bind函数将其和本机地址连同一个本地端口号绑定,然后调用 listen在相应的socket上监听,当accpet接收到一个连接服务请求时,将生成一个新的socket。服务器显示该客户机的IP地址,并通过新的socket向客户端发送字符串"Hello,you are connected!"。最后关闭该socket。

代码实例中的fork()函数生成一个子进程来处理数据传输部分,fork()语句对于子进程返回的值为0。所以包含fork函数的if语句是子进程代码部分,他和if语句后面的父进程代码部分是并发执行的。

客户端程式代码如下:

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#define SERVPORT 3333

#define MAXDATASIZE 100 /*每次最大数据传输量 */

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

int sockfd, recvbytes;

char buf[MAXDATASIZE];

struct hostent *host;

struct sockaddr_in serv_addr;

if (argc h_addr);

bzero(&(serv_addr.sin_zero),8);

if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, \

sizeof(struct sockaddr)) == -1) {

perror(“connect出错!");

exit(1);

}

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

perror(“recv出错!");

exit(1);

}

buf[recvbytes] = ‘\0’;

printf(“Received: %s”,buf);

close(sockfd);

}

客户端程式首先通过服务器域名获得服务器的IP地址,然后创建一个socket,调用connect函数和服务器建立连接,连接成功之后接收从服务器发送过来的数据,最后关闭socket。

函数gethostbyname()是完成域名转换的。由于IP地址难以记忆和读写,所以为了方便,人们常常用域名来表示主机,这就需要进行域名和IP地址的转换。函数原型为:

struct hostent *gethostbyname(const char *name);

函数返回为hosten的结构类型,他的定义如下:

struct hostent {

char *h_name; /* 主机的官方域名 */

char **h_aliases; /* 一个以NULL结尾的主机别名数组 */

int h_addrtype; /* 返回的地址类型,在Internet环境下为AF-INET */

int h_length; /* 地址的字节长度 */

char *h_addr_list; /* 一个以0结尾的数组,包含该主机的任何地址/

};

#define h_addr h_addr_list[0] /*在h-addr-list中的第一个地址*/

当 gethostname()调用成功时,返回指向struct hosten的指针,当调用失败时返回-1。当调用gethostbyname时,您不能使用perror()函数来输出错误信息,而应该使用herror()函数来输出。

无连接的客户/服务器程式的在原理上和连接的客户/服务器是相同的,两者的区别在于无连接的客户/服务器中的客户一般无需建立连接,而且在发送接收数据时,需要指定远端机的地址。

阻塞和非阻塞

阻塞函数在完成其指定的任务以前不允许程式调用另一个函数。例如,程式执行一个读数据的函数调用时,在此函数完成读操作以前将不会执行下一程式语句。当服务器运行到accept语句时,而没有客户连接服务请求到来,服务器就会停止在accept语句上等待连接服务请求的到来。这种情况称为阻塞(blocking)。而非阻塞操作则能够立即完成。比如,假如您希望服务器仅仅注意检查是否有客户在等待连接,有就接受连接,否则就继续做其他事情,则能够通过将Socket配置为非阻塞方式来实现。非阻塞socket在没有客户在等待时就使accept调用立即返回。

#include

#include

……

sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

fcntl(sockfd,F_SETFL,O_NONBLOCK);

……

通过配置socket为非阻塞方式,能够实现"轮询"若干Socket。当企图从一个没有数据等待处理的非阻塞Socket读入数据时,函数将立即返回,返回值为-1,并置errno值为EWOULDBLOCK。但是这种"轮询"会使CPU处于忙等待方式,从而降低性能,浪费系统资源。而调用 select()会有效地解决这个问题,他允许您把进程本身挂起来,而同时使系统内核监听所需要的一组文档描述符的任何活动,只要确认在任何被监控的文档描述符上出现活动,select()调用将返回指示该文档描述符已准备好的信息,从而实现了为进程选出随机的变化,而不必由进程本身对输入进行测试而浪费 CPU开销。Select函数原型为:

int select(int numfds,fd_set *readfds,fd_set *writefds,

fd_set *exceptfds,struct timeval *timeout);

其中readfds、writefds、exceptfds分别是被select()监控的读、写和异常处理的文档描述符集合。假如您希望确定是否能够从标准输入和某个socket描述符读取数据,您只需要将标准输入的文档描述符0和相应的sockdtfd加入到readfds集合中;numfds的值是需要检查的号码最高的文档描述符加1,这个例子中numfds的值应为sockfd+1;当select返回时,readfds将被修改,指示某个文档描述符已准备被读取,您能够通过FD_ISSSET()来测试。为了实现fd_set中对应的文档描述符的配置、复位和测试,他提供了一组宏:

FD_ZERO(fd_set *set)–清除一个文档描述符集;

FD_SET(int fd,fd_set *set)–将一个文档描述符加入文档描述符集中;

FD_CLR(int fd,fd_set *set)–将一个文档描述符从文档描述符集中清除;

FD_ISSET(int fd,fd_set *set)–试判断是否文档描述符被置位。

Timeout参数是个指向struct timeval类型的指针,他能够使select()在等待timeout长时间后没有文档描述符准备好即返回。struct timeval数据结构为:

struct timeval {

int tv_sec; /* seconds */

int tv_usec; /* microseconds */

};

POP3客户端实例

下面的代码实例基于POP3的客户协议,和邮件服务器连接并取回指定用户帐号的邮件。和邮件服务器交互的命令存储在字符串数组POPMessage中,程式通过一个do-while循环依次发送这些命令。

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#define POP3SERVPORT 110

#define MAXDATASIZE 4096

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

int sockfd;

struct hostent *host;

struct sockaddr_in serv_addr;

char *POPMessage[]={

“USER userid\r\n”,

“PASS password\r\n”,

“STAT\r\n”,

“LIST\r\n”,

“RETR 1\r\n”,

“DELE 1\r\n”,

“QUIT\r\n”,

NULL

};

int iLength;

int iMsg=0;

int iEnd=0;

char buf[MAXDATASIZE];

if((host=gethostbyname(“your.server”))==NULL) {

perror(“gethostbyname error”);

exit(1);

}

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

perror(“socket error”);

exit(1);

}

serv_addr.sin_family=AF_INET;

serv_addr.sin_port=htons(POP3SERVPORT);

serv_addr.sin_addr = *((struct in_addr *)host->h_addr);

bzero(&(serv_addr.sin_zero),8);

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

perror(“connect error”);

exit(1);

}

do {

send(sockfd,POPMessage[iMsg],strlen(POPMessage[iMsg]),0);

printf(“have sent: %s”,POPMessage[iMsg]);

iLength=recv(sockfd,buf+iEnd,sizeof(buf)-iEnd,0);

iEnd+=iLength;

buf[iEnd]=’\0’;

printf(“received: %s,%d\n”,buf,iMsg);

iMsg++;

} while (POPMessage[iMsg]);

close(sockfd);

}

Unix/Linux环境下的Socket编程

网络的Socket数据传输是一种特别的I/O,Socket也是一种文档描述符。 Socket也具备一个类似于打开文档的函数调用Socket(),该函数返回一个整型的Socket描述符,随后的连接建立、数据传输等操作都是通过该 Socket实现的。常用的Socket类型有两种:流式Socket (SOCK_STREAM)和数据报式Socket(SOCK_DGRAM)。流式是一种面向连接的Socket,针对于面向连接的TCP服务应用;数据报式Socket是一种无连接的Socket,对应于无连接的UDP服务应用。

Socket描述符是个指向内部数据结构的指针,他指向描述符表入口。调用Socket函数时,socket执行体将建立一个Socket,实际上"建立一个Socket"意味着为一个Socket数据结构分配存储空间。Socket执行体为您管理描述符表。两个网络程式之间的一个网络连接包括五种信息:通信协议、本地协议地址、本地主机端口、远端主机地址和远端协议端口。Socket数据结构中包含这五种信息。

struct sockaddr结构类型是用来保存socket信息的:

struct sockaddr {

unsigned short sa_family; /* 地址族, AF_xxx */

char sa_data[14]; /* 14 字节的协议地址 */

};

sa_family一般为AF_INET,代表Internet(TCP/IP)地址族;sa_data则包含该socket的IP地址和

端口号。

另外更有一种结构类型:

struct sockaddr_in {

short int sin_family; /* 地址族 */

unsigned short int sin_port; /* 端口号 */

struct in_addr sin_addr; /* IP地址 */

unsigned char sin_zero[8]; /* 填充0 以保持和struct sockaddr同样大小 */

};

能够用bzero()或memset()函数将其置为零。指向sockaddr_in 的指针和指向sockaddr的指针能够相

互转换,这意味着假如一个函数所需参数类型是sockaddr时,您能够在函数调用的时候将一个指向

sockaddr_in的指针转换为指向sockaddr的指针;或相反。

在使用bind函数是需要将sin_port和sin_addr转换成为网络字节优先顺序;而sin_addr则无需转换。

电脑数据存储有两种字节优先顺序:高位字节优先和低位字节优先。Internet上数据以高位字节

优先顺序在网络上传输,所以对于在内部是以低位字节优先方式存储数据的机器,在Internet上传输数

据时就需要进行转换,否则就会出现数据不一致。

下面是几个字节顺序转换函数:

·htonl():把32位值从主机字节序转换成网络字节序

·htons():把16位值从主机字节序转换成网络字节序

·ntohl():把32位值从网络字节序转换成主机字节序

·ntohs():把16位值从网络字节序转换成主机字节序

Bind()函数在成功被调用时返回0;出现错误时返回”-1"并将errno置为相应的错误号。需要注意的

是,在调用bind函数时一般不要将端口号置为小于1024的值,因为1到1024是保留端口号,您能够选择

大于1024中的任何一个没有被占用的端口号。

连接建立

面向连接的客户程式使用Connect函数来配置socket并和远端服务器建立一个TCP连接,其函数原型为:int connect(int sockfd, struct sockaddr *serv_addr,int addrlen); Sockfd是socket函数返回的socket描述符;serv_addr是包含远端主机IP地址和端口号的指针;addrlen是远端地址结构的长度。Connect函数在出现错误时返回-1,并且配置errno为相应的错误码。进行客户端程式设计无须调用bind(),因为这种情况下只需知道目的机器的IP地址,而客户通过哪个端口和服务器建立连接并无需关心,socket执行体为您的程式自动选择一个未被占用的端口,并通知您的程式数据什么时候到打断口。Connect 函数启动和远端主机的直接连接。只有面向连接的客户程式使用socket时才需要将此socket和远端主机相连。无连接协议从不建立直接连接。面向连接的务器也从不启动一个连接,他只是被动的在协议端口监听客户的请求。

Listen函数使socket处于被动的监听模式,并为该socket建立一个输入数据队列,将到达的服务请求

保存在此队列中,直到程式处理他们。 int listen(int sockfd, int backlog); Sockfd 是Socket系统调用返回的socket 描述符;backlog指定在请求队列中允许的最大请求数,进入的连接请求将在队列中等待accept()他们(参考下文)。Backlog对队列中等待服务的请求的数目进行了限制,大多数系统缺省值为20。假如一个服务请求到来时,输入队列已满,该 socket将拒绝连接请求,客户将收到一个出错信息。当出现错误时listen函数返回-1,并置相应的errno错误码。

accept()函数让服务器接收客户的连接请求。在建立好输入队列后,服务器就调用accept函数,然后

睡眠并等待客户的连接请求。int accept(int sockfd, void *addr, int *addrlen); sockfd是被监听的socket描述符,addr通常是个指向sockaddr_in变量的指针,该变量用来存放提出连接请求服务的主机的信息(某台主机从某个端口发出该请求);addrlen通常为一个指向值为sizeof(struct sockaddr_in)的整型指针变量。出现错误时accept函数返回-1并置相应的errno值。当accept函数监控的socket收到连接请求时,socket执行体将建立一个新的socket,执行体将这个新socket和请求连接进程的地址联系起来,收到服务请求的初始socket仍能够继续在以前的 socket上监听,同时能够在新的socket描述符上进行数据传输操作。

数据传输

(面向连接TCP)

send()和recv()这两个函数用于面向连接的socket上进行数据传输。Send()函数原型为:

int send(int sockfd, const void *msg, int len, int flags); Sockfd是您想用来传输数据的socket描述符;msg是个指向要发送数据的指针;Len是以字节为单位的数据的长度;flags一般情况下置为0。Send()函数返回实际上发送出的字节数,可能会少于您希望发送的数据。在程式中应该将send()的返回值和欲发送的字节数进行比较。当send()返回值和len不匹配时,应该对这种情况进行处理。

int recv(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags); Sockfd是接受数据的socket描述符;buf 是存放接收数据的缓冲区;len是缓冲的长度。Flags也被置为0。Recv()返回实际上接收的字节数,当出现错误时,返回-1并置相应的errno值。

(无连接UDP)

sendto()和recvfrom()用于在无连接的数据报socket方式下进行数据传输。由于本地socket并没有和远端机器建立连接,所以在发送数据时应指明目的地址。

int sendto(int sockfd, const void *msg,int len,unsigned int flags,const struct sockaddr *to, int tolen);该函数比send()函数多了两个参数,to表示目地机的IP地址和端口号信息,而tolen常常被赋值为sizeof (struct sockaddr)。sendto函数也返回实际发送的数据字节长度或在出现发送错误时返回-1。

int recvfrom(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags,struct sockaddr *from,int *fromlen); from是个struct sockaddr类型的变量,该变量保存源机的IP地址及端口号。fromlen常置为sizeof (struct sockaddr)。当recvfrom()返回时,fromlen包含实际存入from中的数据字节数。

Recvfrom()函数返回接收到的字节数或当出现错误时返回-1,并置相应的errno。

结束传输

当任何的数据操作结束以后,您能够调用close()函数来释放该socket,从而停止在该socket上的任

何数据操作:close(sockfd); 也能够调用shutdown()函数来关闭该socket。该函数允许您只停止在某个方向上的数据传输,而一个方向上的数据传输继续进行。如您能够关闭某socket的写操作而允许继续在该socket上接受数据,直至读入任何数据。Sockfd 是需要关闭的socket的描述符。参数 how允许为shutdown操作选择以下几种方式:0—不允许继续接收数据 1—不允许继续发送数据 2—不允许继续发送和接收数据,均为允许则调用close () shutdown在操作成功时返回0,在出现错误时返回-1并置相应errno。

socket API原本是为网络通讯设计的,但后来在socket的框架上发展出一种IPC机制,就是UNIXDomain Socket。虽然网络socket也可用于同一台主机的进程间通讯(通过loopback地址127.0.0.1),但是UNIX Domain Socket用于IPC更有效率:不需要经过网络协议栈,不需要打包拆包、计算校验和、维护序号和应答等,只是将应用层数据从一个进程拷贝到另一个进程。这是因为,IPC机制本质上是可靠的通讯,而网络协议是为不可靠的通讯设计的。UNIX Domain Socket也提供面向流和面向数据包两种API接口,类似于TCP和UDP,但是面向消息的UNIX Domain Socket也是可靠的,消息既不会丢失也不会顺序错乱。

UNIX Domain Socket是全双工的,API接口语义丰富,相比其它IPC机制有明显的优越性,目前已成为使用最广泛的IPC机制,比如X Window服务器和GUI程序之间就是通过UNIX Domain Socket通讯的。

使用UNIX Domain Socket的过程和网络socket十分相似,也要先调用socket()创建一个socket文件描述符,address family指定为AF_UNIX,type可以选择SOCK_DGRAM或SOCK_STREAM,protocol参数仍然指定为0即可。

UNIX Domain Socket与网络socket编程最明显的不同在于地址格式不同,用结构体sockaddr_un表示,网络编程的socket地址是IP地址加端口号,而UNIX Domain Socket的地址是一个socket类型的文件在文件系统中的路径,这个socket文件由bind()调用创建,如果调用bind()时该文件已存在,则bind()错误返回。

今天我们介绍如何编写Linux下的TCP程序,关于UDP程序可以参考这里:

http://blog.csdn.net/htttw/article/details/7519971

本文绝大部分是参考《Linux程序设计(第4版)》的第15章套接字

服务器端的步骤如下:

  1. socket:      建立一个socket

  2. bind:          将这个socket绑定在某个文件上(AF_UNIX)或某个端口上(AF_INET),我们会分别介绍这两种。

  3. listen:        开始监听

  4. accept:      如果监听到客户端连接,则调用accept接收这个连接并同时新建一个socket来和客户进行通信

  5. read/write:读取或发送数据到客户端

  6. close:        通信完成后关闭socket

客户端的步骤如下:

  1. socket:      建立一个socket

  2. connect:   主动连接服务器端的某个文件(AF_UNIX)或某个端口(AF_INET)

  3. read/write:如果服务器同意连接(accept),则读取或发送数据到服务器端

  4. close:        通信完成后关闭socket

上面是整个流程,我们先给出一个例子,具体分析会在之后给出。例子实现的功能是客户端发送一个字符到服务器,服务器将这个字符+1后送回客户端,客户端再把它打印出来:

Makefile:

[plain][/plain] view plaincopy

all: tcp_client.c tcp_server.c

gcc -g -Wall -o tcp_client tcp_client.c

gcc -g -Wall -o tcp_server tcp_server.c

clean:

rm -rf *.o tcp_client tcp_server

tcp_server.c:

[cpp][/cpp] view plaincopy

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

#include <sys/un.h>

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

int main()

{

/* delete the socket file */

unlink(“server_socket”);

/* create a socket */

int server_sockfd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);

struct sockaddr_un server_addr;

server_addr.sun_family = AF_UNIX;

strcpy(server_addr.sun_path, “server_socket”);

/* bind with the local file */

bind(server_sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));

/* listen */

listen(server_sockfd, 5);

char ch;

int client_sockfd;

struct sockaddr_un client_addr;

socklen_t len = sizeof(client_addr);

while(1)

{

printf(“server waiting:\n”);

/* accept a connection */

client_sockfd = accept(server_sockfd, (struct sockaddr *)&client_addr, &len);

/* exchange data */

read(client_sockfd, &ch, 1);

printf(“get char from client: %c\n”, ch);

++ch;

write(client_sockfd, &ch, 1);

/* close the socket */

close(client_sockfd);

}

return 0;

}

tcp_client.c:

[cpp][/cpp] view plaincopy

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

#include <sys/un.h>

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

int main()

{

/* create a socket */

int sockfd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);

struct sockaddr_un address;

address.sun_family = AF_UNIX;

strcpy(address.sun_path, “server_socket”);

/* connect to the server */

int result = connect(sockfd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address));

if(result == -1)

{

perror(“connect failed: “);

exit(1);

}

/* exchange data */

char ch = ‘A’;

write(sockfd, &ch, 1);

read(sockfd, &ch, 1);

printf(“get char from server: %c\n”, ch);

/* close the socket */

close(sockfd);

return 0;

}

如果我们首先运行tcp_client,会提示没有这个文件:

因为我们是以AF_UNIX方式进行通信的,这种方式是通过文件来将服务器和客户端连接起来的,因此我们应该先运行tcp_server,创建这个文件,默认情况下,这个文件会创建在当前目录下,并且第一个s表示它是一个socket文件:

程序运行的结果如下图:

下面我们详细讲解:

我们调用socket函数创建一个socket:

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

domain:指定socket所属的域,常用的是AF_UNIX或AF_INET

AF_UNIX表示以文件方式创建socket,AF_INET表示以端口方式创建socket(我们会在后面详细讲解AF_INET)

type:指定socket的类型,可以是SOCK_STREAM或SOCK_DGRAM

SOCK_STREAM表示创建一个有序的,可靠的,面向连接的socket,因此如果我们要使用TCP,就应该指定为SOCK_STREAM

SOCK_DGRAM表示创建一个不可靠的,无连接的socket,因此如果我们要使用UDP,就应该指定为SOCK_DGRAM

protocol:指定socket的协议类型,我们一般指定为0表示由第一第二两个参数自动选择。

socket()函数返回新创建的socket,出错则返回-1

地址格式:

常用的有两种socket域:AF_UNIX或AF_INET,因此就有两种地址格式:sockaddr_un和sockaddr_in,分别定义如下:

[cpp][/cpp] view plaincopy

struct sockaddr_un

{

sa_family_t sun_family;  /* AF_UNIX */

char sun_path[];         /* pathname */

}

struct sockaddr_in

{

short int sin_family;          /* AF_INET */

unsigned short int sin_port;   /* port number */

struct in_addr sin_addr;       /* internet address */

}

其中in_addr正是用来描述一个ip地址的:

[cpp][/cpp] view plaincopy

struct in_addr

{

unsigned long int s_addr;

}

从上面的定义我们可以看出,sun_path存放socket的本地文件名,sin_addr存放socket的ip地址,sin_port存放socket的端口号。

创建完一个socket后,我们需要使用bind将其绑定:

int bind(int socket, const struct sockaddr * address, size_t address_len)

如果我们使用AF_UNIX来创建socket,相应的地址格式是sockaddr_un,而如果我们使用AF_INET来创建socket,相应的地址格式是sockaddr_in,因此我们需要将其强制转换为sockaddr这一通用的地址格式类型,而sockaddr_un中的sun_family和sockaddr_in中的sin_family分别说明了它的地址格式类型,因此bind()函数就知道它的真实的地址格式。第三个参数address_len则指明了真实的地址格式的长度。

bind()函数正确返回0,出错返回-1

接下来我们需要开始监听了:

int listen(int socket, int backlog)

backlog:等待连接的最大个数,如果超过了这个数值,则后续的请求连接将被拒绝

listen()函数正确返回0,出错返回-1

接受连接:

int accept(int socket, struct sockaddr * address, size_t * address_len)

同样,第二个参数也是一个通用地址格式类型,这意味着我们需要进行强制类型转化

这里需要注意的是,address是一个传出参数,它保存着接受连接的客户端的地址,如果我们不需要,将address置为NULL即可。

address_len:我们期望的地址结构的长度,注意,这是一个传入和传出参数,传入时指定我们期望的地址结构的长度,如果多于这个值,则会被截断,而当accept()函数返回时,address_len会被设置为客户端连接的地址结构的实际长度。

另外如果没有客户端连接时,accept()函数会阻塞

accept()函数成功时返回新创建的socket描述符,出错时返回-1

客户端通过connect()函数与服务器连接:

int connect(int socket, const struct sockaddr * address, size_t address_len)

对于第二个参数,我们同样需要强制类型转换

address_len指明了地址结构的长度

connect()函数成功时返回0,出错时返回-1

双方都建立连接后,就可以使用常规的read/write函数来传递数据了

通信完成后,我们需要关闭socket:

int close(int fd)

close是一个通用函数(和read,write一样),不仅可以关闭文件描述符,还可以关闭socket描述符