Linux Socket 编程简介和实现

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这篇文章主要介绍了Linux Socket 编程简介和实现,小编觉得挺不错的,现在分享给大家,也给大家做个参考。一起跟随小编过来看看吧

在 TCP/IP 协议中,”IP地址 + TCP或UDP端口号” 可以唯一标识网络通讯中的一个进程,”IP地址+端口号” 就称为 socket。本文以一个简单的 TCP 协议为例,介绍如何创建基于 TCP 协议的网络程序。

TCP 协议通讯流程

下图描述了 TCP 协议的通讯流程(此图来自互联网):

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下图则描述 TCP 建立连接的过程(此图来自互联网):

服务器调用 socket()、bind()、listen() 函数完成初始化后,调用 accept() 阻塞等待,处于监听端口的状态,客户端调用 socket() 初始化后,调用 connect() 发出 SYN 段并阻塞等待服务器应答,服务器应答一个SYN-ACK 段,客户端收到后从 connect() 返回,同时应答一个 ACK 段,服务器收到后从 accept() 返回。

TCP 连接建立后数据传输的过程:

建立连接后,TCP 协议提供全双工的通信服务,但是一般的客户端/服务器程序的流程是由客户端主动发起请求,服务器被动处理请求,一问一答的方式。因此,服务器从 accept() 返回后立刻调用 read(),读 socket 就像读管道一样,如果没有数据到达就阻塞等待,这时客户端调用 write() 发送请求给服务器,服务器收到后从 read() 返回,对客户端的请求进行处理,在此期间客户端调用 read() 阻塞等待服务器的应答,服务器调用 write() 将处理结果发回给客户端,再次调用 read() 阻塞等待下一条请求,客户端收到后从 read() 返回,发送下一条请求,如此循环下去。

下图描述了关闭 TCP 连接的过程:

如果客户端没有更多的请求了,就调用 close() 关闭连接,就像写端关闭的管道一样,服务器的 read() 返回 0,这样服务器就知道客户端关闭了连接,也调用 close() 关闭连接。注意,任何一方调用 close() 后,连接的两个传输方向都关闭,不能再发送数据了。如果一方调用 shutdown() 则连接处于半关闭状态,仍可接收对方发来的数据。

在学习 socket 编程时要注意应用程序和 TCP 协议层是如何交互的:

  1. 应用程序调用某个 socket 函数时 TCP 协议层完成什么动作,比如调用 connect() 会发出 SYN 段
  2. 应用程序如何知道 TCP 协议层的状态变化,比如从某个阻塞的 socket 函数返回就表明 TCP 协议收到了某些段,再比如 read() 返回 0 就表明收到了 FIN 段

下面通过一个简单的 TCP 网络程序来理解相关概念。程序分为服务器端和客户端两部分,它们之间通过 socket 进行通信。

服务器端程序

下面是一个非常简单的服务器端程序,它从客户端读字符,然后将每个字符转换为大写并回送给客户端:

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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <netinet/in.h>
#define MAXLINE 80
#define SERV_PORT 8000
int main(void)
{
  struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;
  socklen_t cliaddr_len;
  int listenfd, connfd;
  char buf[MAXLINE];
  char str[INET_ADDRSTRLEN];
  int i, n;
  // socket() 打开一个网络通讯端口,如果成功的话,
  // 就像 open() 一样返回一个文件描述符,
  // 应用程序可以像读写文件一样用 read/write 在网络上收发数据。
  listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
  bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
  servaddr.sin_family = AF_INET;
  servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
  servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
  
  // bind() 的作用是将参数 listenfd 和 servaddr 绑定在一起,
  // 使 listenfd 这个用于网络通讯的文件描述符监听 servaddr 所描述的地址和端口号。
  bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
  // listen() 声明 listenfd 处于监听状态,
  // 并且最多允许有 20 个客户端处于连接待状态,如果接收到更多的连接请求就忽略。
  listen(listenfd, 20);
  printf("Accepting connections ...\n");
  while (1)
  {
    cliaddr_len = sizeof(cliaddr);
    // 典型的服务器程序可以同时服务于多个客户端,
    // 当有客户端发起连接时,服务器调用的 accept() 返回并接受这个连接,
    // 如果有大量的客户端发起连接而服务器来不及处理,尚未 accept 的客户端就处于连接等待状态。
    connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &cliaddr_len);
   
    n = read(connfd, buf, MAXLINE);
    printf("received from %s at PORT %d\n",
        inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr, str, sizeof(str)),
        ntohs(cliaddr.sin_port));
  
    for (i = 0; i < n; i++)
    {
      buf[i] = toupper(buf[i]);
    }
      
    write(connfd, buf, n);
    close(connfd);
  }
}

把上面的代码保存到文件 server.c 文件中,并执行下面的命令编译:

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$ gcc server.c -o server

然后运行编译出来的 server 程序:

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$ ./server

此时我们可以通过 ss 命令来查看主机上的端口监听情况:

如上图所示,server 程序已经开始监听主机的 8000 端口了。

下面让我们介绍一下这段程序中用到的 socket 相关的 API。

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

socket() 打开一个网络通讯端口,如果成功的话,就像 open() 一样返回一个文件描述符,应用程序可以像读写文件一样用 read/write 在网络上收发数据。对于IPv4,family 参数指定为 AF_INET。对于 TCP 协议,type 参数指定为 SOCK_STREAM,表示面向流的传输协议。如果是 UDP 协议,则 type 参数指定为 SOCK_DGRAM,表示面向数据报的传输协议。protocol 指定为 0 即可。

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int bind(int sockfd, const struct sockaddr *myaddr, socklen_t addrlen);

服务器需要调用 bind 函数绑定一个固定的网络地址和端口号。bind() 的作用是将参数 sockfd 和 myaddr 绑定在一起,使 sockfd 这个用于网络通讯的文件描述符监听 myaddr 所描述的地址和端口号。struct sockaddr *是一个通用指针类型,myaddr 参数实际上可以接受多种协议的 sockaddr 结构体,而它们的长度各不相同,所以需要第三个参数 addrlen 指定结构体的长度。

程序中对 myaddr 参数的初始化为:

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bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);

首先将整个结构体清零,然后设置地址类型为 AF_INET,网络地址为 INADDR_ANY,这个宏表示本地的任意 IP 地址,因为服务器可能有多个网卡,每个网卡也可能绑定多个 IP 地址,这样设置可以在所有的 IP 地址上监听,直到与某个客户端建立了连接时才确定下来到底用哪个 IP 地址,端口号为 SERV_PORT,我们定义为 8000。

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int listen(int sockfd, int backlog);

listen() 声明 sockfd 处于监听状态,并且最多允许有 backlog 个客户端处于连接待状态,如果接收到更多的连接请求就忽略。

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int accept(int sockfd, struct sockaddr *cliaddr, socklen_t *addrlen);

三方握手完成后,服务器调用 accept() 接受连接,如果服务器调用 accept() 时还没有客户端的连接请求,就阻塞等待直到有客户端连接上来。cliaddr 是一个传出参数,accept() 返回时传出客户端的地址和端口号。addrlen 参数是一个传入传出参数(value-result argument),传入的是调用者提供的缓冲区 cliaddr 的长度以避免缓冲区溢出问题,传出的是客户端地址结构体的实际长度(有可能没有占满调用者提供的缓冲区)。如果给 cliaddr 参数传 NULL,表示不关心客户端的地址。

服务器程序的主要结构如下:

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while (1)
{
  cliaddr_len = sizeof(cliaddr);
  connfd = accept(listenfd,
      (struct sockaddr *)&cliaddr, &cliaddr_len);
  n = read(connfd, buf, MAXLINE);
  ......
  close(connfd);
}

整个是一个 while 死循环,每次循环处理一个客户端连接。由于 cliaddr_len 是传入传出参数,每次调用 accept( ) 之前应该重新赋初值。accept() 的参数 listenfd 是先前的监听文件描述符,而 accept() 的返回值是另外一个文件描述符 connfd,之后与客户端之间就通过这个 connfd 通讯,最后关闭 connfd 断开连接,而不关闭 listenfd,再次回到循环开头 listenfd 仍然用作 accept 的参数。

客户端程序

下面是客户端程序,它从命令行参数中获得一个字符串发给服务器,然后接收服务器返回的字符串并打印:

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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#define MAXLINE 80
#define SERV_PORT 8000
int main(int argc, char *argv[])
{
  struct sockaddr_in servaddr;
  char buf[MAXLINE];
  int sockfd, n;
  char *str;
  
  if (argc != 2)
  {
    fputs("usage: ./client message\n", stderr);
    exit(1);
  }
  str = argv[1];
  
  sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
  bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
  servaddr.sin_family = AF_INET;
  inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &servaddr.sin_addr);
  servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
  
  // 由于客户端不需要固定的端口号,因此不必调用 bind(),客户端的端口号由内核自动分配。
  // 注意,客户端不是不允许调用 bind(),只是没有必要调用 bind() 固定一个端口号,
  // 服务器也不是必须调用 bind(),但如果服务器不调用 bind(),内核会自动给服务器分配监听端口,
  // 每次启动服务器时端口号都不一样,客户端要连接服务器就会遇到麻烦。
  connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
  write(sockfd, str, strlen(str));
  n = read(sockfd, buf, MAXLINE);
  printf("Response from server:\n");
  write(STDOUT_FILENO, buf, n);
  printf("\n");
  close(sockfd);
  return 0;
}

把上面的代码保存到文件 client.c 文件中,并执行下面的命令编译:

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$ gcc client.c -o client

然后运行编译出来的 client 程序:

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$ ./client hello

此时服务器端会收到请求并返回转换为大写的字符串,并输出相应的信息:

而客户端在发送请求后会收到转换过的字符串:

在客户端的代码中有两点需要注意:

1. 由于客户端不需要固定的端口号,因此不必调用 bind(),客户端的端口号由内核自动分配。
2. 客户端需要调用 connect() 连接服务器,connect 和 bind 的参数形式一致,区别在于 bind 的参数是自己的地址,而 connect 的参数是对方的地址。

至此我们已经使用 socket 技术完成了一个最简单的客户端服务器程序,虽然离实际应用还非常遥远,但就学习而言已经足够了。

提升服务器端的响应能力

虽然我们的服务器程序可以响应客户端的请求,但是这样的效率太低了。一般情况下服务器程序需要能够同时处理多个客户端的请求。可以通过 fork 系统调用创建子进程来处理每个请求,下面是大体的实现思路:

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listenfd = socket(...);
bind(listenfd, ...);
listen(listenfd, ...);
while (1)
{
  connfd = accept(listenfd, ...);
  n = fork();
  if (n == -1)
  {
    perror("call to fork");
    exit(1);
  }
  else if (n == 0)
  {
    // 在子进程中处理客户端的请求。
    close(listenfd);
    while (1)
    {
      read(connfd, ...);
      ...
      write(connfd, ...);
    }
    close(connfd);
    exit(0);
  }
  else
  {
    close(connfd);
  
}

此时父进程的任务就是不断的创建子进程,而由子进程去响应客户端的具体请求。通过这种方式,可以极大的提升服务器端的响应能力。

总结

本文通过一个简单的建基于 TCP 协议的网络程序介绍了 linux socket 编程中的基本概念。通过它我们可以了解到 socket 程序工作的基本原理,以及一些解决性能问题的思路。

以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持脚本之家。

来源: https://www.jb51.net/article/135558.htm

 

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详解Linux Socket编程(不限Linux)

本篇文章主要介绍了Linux Socket编程,网络之间的通信全靠Socket,详细的介绍了Socket,有兴趣的同学可以了解一下。

我们深谙信息交流的价值,那网络中进程之间如何通信,如我们每天打开浏览器浏览网页时,浏览器的进程怎么与web服务器通信的?当你用QQ聊天时,QQ进程怎么与服务器或你好友所在的QQ进程通信?这些都得靠socket?那什么是socket?socket的类型有哪些?还有socket的基本函数,这些都是本文想介绍的。本文的主要内容如下:

1、网络中进程之间如何通信?

本地的进程间通信(IPC)有很多种方式,但可以总结为下面4类:

  • 消息传递(管道、FIFO、消息队列)
  • 同步(互斥量、条件变量、读写锁、文件和写记录锁、信号量)
  • 共享内存(匿名的和具名的)
  • 远程过程调用(Solaris门和Sun RPC)

但这些都不是本文的主题!我们要讨论的是网络中进程之间如何通信?首要解决的问题是如何唯一标识一个进程,否则通信无从谈起!在本地可以通过进程PID来唯一标识一个进程,但是在网络中这是行不通的。其实TCP/IP协议族已经帮我们解决了这个问题,网络层的“ip地址”可以唯一标识网络中的主机,而传输层的“协议+端口”可以唯一标识主机中的应用程序(进程)。这样利用三元组(ip地址,协议,端口)就可以标识网络的进程了,网络中的进程通信就可以利用这个标志与其它进程进行交互。

使用TCP/IP协议的应用程序通常采用应用编程接口:UNIX  BSD的套接字(socket)和UNIX System V的TLI(已经被淘汰),来实现网络进程之间的通信。就目前而言,几乎所有的应用程序都是采用socket,而现在又是网络时代,网络中进程通信是无处不在,这就是我为什么说“一切皆socket”。

2、什么是Socket?

上面我们已经知道网络中的进程是通过socket来通信的,那什么是socket呢?socket起源于Unix,而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”,都可以用“打开open –> 读写write/read –> 关闭close”模式来操作。我的理解就是Socket就是该模式的一个实现,socket即是一种特殊的文件,一些socket函数就是对其进行的操作(读/写IO、打开、关闭),这些函数我们在后面进行介绍。

socket一词的起源

在组网领域的首次使用是在1970年2月12日发布的文献IETF RFC33中发现的,撰写者为Stephen Carr、Steve Crocker和Vint Cerf。根据美国计算机历史博物馆的记载,Croker写道:“命名空间的元素都可称为套接字接口。一个套接字接口构成一个连接的一端,而一个连接可完全由一对套接字接口规定。”计算机历史博物馆补充道:“这比BSD的套接字接口定义早了大约12年。”

3、socket的基本操作

既然socket是“open—write/read—close”模式的一种实现,那么socket就提供了这些操作对应的函数接口。下面以TCP为例,介绍几个基本的socket接口函数。

3.1、socket()函数

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

socket函数对应于普通文件的打开操作。普通文件的打开操作返回一个文件描述字,而socket()用于创建一个socket描述符(socket descriptor),它唯一标识一个socket。这个socket描述字跟文件描述字一样,后续的操作都有用到它,把它作为参数,通过它来进行一些读写操作。

正如可以给fopen的传入不同参数值,以打开不同的文件。创建socket的时候,也可以指定不同的参数创建不同的socket描述符,socket函数的三个参数分别为:

  • domain:即协议域,又称为协议族(family)。常用的协议族有,AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL(或称AF_UNIX,Unix域socket)、AF_ROUTE等等。协议族决定了socket的地址类型,在通信中必须采用对应的地址,如AF_INET决定了要用ipv4地址(32位的)与端口号(16位的)的组合、AF_UNIX决定了要用一个绝对路径名作为地址。
  • type:指定socket类型。常用的socket类型有,SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等等(socket的类型有哪些?)。
  • protocol:故名思意,就是指定协议。常用的协议有,IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等,它们分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议(这个协议我将会单独开篇讨论!)。

注意:并不是上面的type和protocol可以随意组合的,如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP组合。当protocol为0时,会自动选择type类型对应的默认协议。

当我们调用socket创建一个socket时,返回的socket描述字它存在于协议族(address family,AF_XXX)空间中,但没有一个具体的地址。如果想要给它赋值一个地址,就必须调用bind()函数,否则就当调用connect()、listen()时系统会自动随机分配一个端口。

3.2、bind()函数

正如上面所说bind()函数把一个地址族中的特定地址赋给socket。例如对应AF_INET、AF_INET6就是把一个ipv4或ipv6地址和端口号组合赋给socket。

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int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

函数的三个参数分别为:

•sockfd:即socket描述字,它是通过socket()函数创建了,唯一标识一个socket。bind()函数就是将给这个描述字绑定一个名字。

•addr:一个const struct sockaddr *指针,指向要绑定给sockfd的协议地址。这个地址结构根据地址创建socket时的地址协议族的不同而不同,如ipv4对应的是:

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struct sockaddr_in {
  sa_family_t  sin_family; /* address family: AF_INET */
  in_port_t   sin_port;  /* port in network byte order */
  struct in_addr sin_addr;  /* internet address */
};
/* Internet address. */
struct in_addr {
  uint32_t    s_addr;   /* address in network byte order */
};
ipv6对应的是:
struct sockaddr_in6 {
  sa_family_t   sin6_family;  /* AF_INET6 */
  in_port_t    sin6_port;   /* port number */
  uint32_t    sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */
  struct in6_addr sin6_addr;   /* IPv6 address */
  uint32_t    sin6_scope_id; /* Scope ID (new in 2.4) */
};
struct in6_addr {
  unsigned char  s6_addr[16];  /* IPv6 address */
};

Unix域对应的是:

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#define UNIX_PATH_MAX  108
struct sockaddr_un {
  sa_family_t sun_family;        /* AF_UNIX */
  char    sun_path[UNIX_PATH_MAX]; /* pathname */
};

•addrlen:对应的是地址的长度。

通常服务器在启动的时候都会绑定一个众所周知的地址(如ip地址+端口号),用于提供服务,客户就可以通过它来接连服务器;而客户端就不用指定,有系统自动分配一个端口号和自身的ip地址组合。这就是为什么通常服务器端在listen之前会调用bind(),而客户端就不会调用,而是在connect()时由系统随机生成一个。

网络字节序与主机字节序

主机字节序就是我们平常说的大端和小端模式: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,这个叫做主机序。引用标准的Big-Endian和Little-Endian的定义如下:

a) Little-Endian就是低位字节排放在内存的低地址端,高位字节排放在内存的高地址端。

b) Big-Endian就是高位字节排放在内存的低地址端,低位字节排放在内存的高地址端。

网络字节序:4个字节的32 bit值以下面的次序传输:首先是0~7bit,其次8~15bit,然后16~23bit,最后是24~31bit。这种传输次序称作大端字节序。由于TCP/IP首部中所有的二进制整数在网络中传输时都要求以这种次序,因此它又称作网络字节序。字节序,顾名思义字节的顺序,就是大于一个字节类型的数据在内存中的存放顺序,一个字节的数据没有顺序的问题了。

所以:在将一个地址绑定到socket的时候,请先将主机字节序转换成为网络字节序,而不要假定主机字节序跟网络字节序一样使用的是Big-Endian。由于这个问题曾引发过血案!公司项目代码中由于存在这个问题,导致了很多莫名其妙的问题,所以请谨记对主机字节序不要做任何假定,务必将其转化为网络字节序再赋给socket。

3.3、listen()、connect()函数

如果作为一个服务器,在调用socket()、bind()之后就会调用listen()来监听这个socket,如果客户端这时调用connect()发出连接请求,服务器端就会接收到这个请求。

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int listen(int sockfd, int backlog);
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

listen函数的第一个参数即为要监听的socket描述字,第二个参数为相应socket可以排队的最大连接个数。socket()函数创建的socket默认是一个主动类型的,listen函数将socket变为被动类型的,等待客户的连接请求。

connect函数的第一个参数即为客户端的socket描述字,第二参数为服务器的socket地址,第三个参数为socket地址的长度。客户端通过调用connect函数来建立与TCP服务器的连接。

3.4、accept()函数

TCP服务器端依次调用socket()、bind()、listen()之后,就会监听指定的socket地址了。TCP客户端依次调用socket()、connect()之后就想TCP服务器发送了一个连接请求。TCP服务器监听到这个请求之后,就会调用accept()函数取接收请求,这样连接就建立好了。之后就可以开始网络I/O操作了,即类同于普通文件的读写I/O操作。

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int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

accept函数的第一个参数为服务器的socket描述字,第二个参数为指向struct sockaddr *的指针,用于返回客户端的协议地址,第三个参数为协议地址的长度。如果accpet成功,那么其返回值是由内核自动生成的一个全新的描述字,代表与返回客户的TCP连接。

注意:accept的第一个参数为服务器的socket描述字,是服务器开始调用socket()函数生成的,称为监听socket描述字;而accept函数返回的是已连接的socket描述字。一个服务器通常通常仅仅只创建一个监听socket描述字,它在该服务器的生命周期内一直存在。内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建了一个已连接socket描述字,当服务器完成了对某个客户的服务,相应的已连接socket描述字就被关闭。

3.5、read()、write()等函数

万事具备只欠东风,至此服务器与客户已经建立好连接了。可以调用网络I/O进行读写操作了,即实现了网咯中不同进程之间的通信!网络I/O操作有下面几组:

  • read()/write()
  • recv()/send()
  • readv()/writev()
  • recvmsg()/sendmsg()
  • recvfrom()/sendto()

我推荐使用recvmsg()/sendmsg()函数,这两个函数是最通用的I/O函数,实际上可以把上面的其它函数都替换成这两个函数。它们的声明如下:

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#include <unistd.h>
 ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
 ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
 #include <sys/types.h>
 #include <sys/socket.h>
 ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
 ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
 ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
        const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
 ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
         struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
 ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags);
 ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);

read函数是负责从fd中读取内容.当读成功时,read返回实际所读的字节数,如果返回的值是0表示已经读到文件的结束了,小于0表示出现了错误。如果错误为EINTR说明读是由中断引起的,如果是ECONNREST表示网络连接出了问题。

write函数将buf中的nbytes字节内容写入文件描述符fd.成功时返回写的字节数。失败时返回-1,并设置errno变量。 在网络程序中,当我们向套接字文件描述符写时有俩种可能。1)write的返回值大于0,表示写了部分或者是全部的数据。2)返回的值小于0,此时出现了错误。我们要根据错误类型来处理。如果错误为EINTR表示在写的时候出现了中断错误。如果为EPIPE表示网络连接出现了问题(对方已经关闭了连接)。

其它的我就不一一介绍这几对I/O函数了,具体参见man文档或者baidu、Google,下面的例子中将使用到send/recv。

3.6、close()函数

在服务器与客户端建立连接之后,会进行一些读写操作,完成了读写操作就要关闭相应的socket描述字,好比操作完打开的文件要调用fclose关闭打开的文件。

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#include <unistd.h>
int close(int fd);

close一个TCP socket的缺省行为时把该socket标记为以关闭,然后立即返回到调用进程。该描述字不能再由调用进程使用,也就是说不能再作为read或write的第一个参数。

注意:close操作只是使相应socket描述字的引用计数-1,只有当引用计数为0的时候,才会触发TCP客户端向服务器发送终止连接请求。

4、socket中TCP的三次握手建立连接详解

我们知道tcp建立连接要进行“三次握手”,即交换三个分组。大致流程如下:

  • 客户端向服务器发送一个SYN J
  • 服务器向客户端响应一个SYN K,并对SYN J进行确认ACK J+1
  • 客户端再想服务器发一个确认ACK K+1

只有就完了三次握手,但是这个三次握手发生在socket的那几个函数中呢?请看下图:

图1、socket中发送的TCP三次握手

从图中可以看出,当客户端调用connect时,触发了连接请求,向服务器发送了SYN J包,这时connect进入阻塞状态;服务器监听到连接请求,即收到SYN J包,调用accept函数接收请求向客户端发送SYN K ,ACK J+1,这时accept进入阻塞状态;客户端收到服务器的SYN K ,ACK J+1之后,这时connect返回,并对SYN K进行确认;服务器收到ACK K+1时,accept返回,至此三次握手完毕,连接建立。

总结:客户端的connect在三次握手的第二个次返回,而服务器端的accept在三次握手的第三次返回。

5、socket中TCP的四次握手释放连接详解

上面介绍了socket中TCP的三次握手建立过程,及其涉及的socket函数。现在我们介绍socket中的四次握手释放连接的过程,请看下图:

图2、socket中发送的TCP四次握手

图示过程如下:

  • 某个应用进程首先调用close主动关闭连接,这时TCP发送一个FIN M;
  • 另一端接收到FIN M之后,执行被动关闭,对这个FIN进行确认。它的接收也作为文件结束符传递给应用进程,因为FIN的接收意味着应用进程在相应的连接上再也接收不到额外数据;
  • 一段时间之后,接收到文件结束符的应用进程调用close关闭它的socket。这导致它的TCP也发送一个FIN N;
  • 接收到这个FIN的源发送端TCP对它进行确认。

这样每个方向上都有一个FIN和ACK。

6、一个例子(实践一下)

说了这么多了,动手实践一下。下面编写一个简单的服务器、客户端(使用TCP)——服务器端一直监听本机的6666号端口,如果收到连接请求,将接收请求并接收客户端发来的消息;客户端与服务器端建立连接并发送一条消息。

服务器端代码:

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#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#define MAXLINE 4096
int main(int argc, char** argv)
{
  int  listenfd, connfd;
  struct sockaddr_in   servaddr;
  char  buff[4096];
  int   n;
  if( (listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1 ){
  printf("create socket error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno);
  exit(0);
  }
  memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
  servaddr.sin_family = AF_INET;
  servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
  servaddr.sin_port = htons(6666);
  if( bind(listenfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) == -1){
  printf("bind socket error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno);
  exit(0);
  }
  if( listen(listenfd, 10) == -1){
  printf("listen socket error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno);
  exit(0);
  }
  printf("======waiting for client's request======\n");
  while(1){
  if( (connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)NULL, NULL)) == -1){
    printf("accept socket error: %s(errno: %d)",strerror(errno),errno);
    continue;
  }
  n = recv(connfd, buff, MAXLINE, 0);
  buff[n] = '\0';
  printf("recv msg from client: %s\n", buff);
  close(connfd);
  }
  close(listenfd);
}

客户端代码:

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#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#define MAXLINE 4096
int main(int argc, char** argv)
{
  int  sockfd, n;
  char  recvline[4096], sendline[4096];
  struct sockaddr_in  servaddr;
  if( argc != 2){
  printf("usage: ./client <ipaddress>\n");
  exit(0);
  }
  if( (sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0){
  printf("create socket error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno),errno);
  exit(0);
  }
  memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
  servaddr.sin_family = AF_INET;
  servaddr.sin_port = htons(6666);
  if( inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr) <= 0){
  printf("inet_pton error for %s\n",argv[1]);
  exit(0);
  }
  if( connect(sockfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0){
  printf("connect error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno);
  exit(0);
  }
  printf("send msg to server: \n");
  fgets(sendline, 4096, stdin);
  if( send(sockfd, sendline, strlen(sendline), 0) < 0)
  {
  printf("send msg error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
  exit(0);
  }
  close(sockfd);
  exit(0);
}

当然上面的代码很简单,也有很多缺点,这就只是简单的演示socket的基本函数使用。其实不管有多复杂的网络程序,都使用的这些基本函数。上面的服务器使用的是迭代模式的,即只有处理完一个客户端请求才会去处理下一个客户端的请求,这样的服务器处理能力是很弱的,现实中的服务器都需要有并发处理能力!为了需要并发处理,服务器需要fork()一个新的进程或者线程去处理请求等。

7、动动手

留下一个问题,欢迎大家回帖回答!!!是否熟悉Linux下网络编程?如熟悉,编写如下程序完成如下功能:

服务器端:

接收地址192.168.100.2的客户端信息,如信息为“Client Query”,则打印“Receive Query”

客户端:

向地址192.168.100.168的服务器端顺序发送信息“Client Query test”,“Cleint Query”,“Client Query Quit”,然后退出。

题目中出现的ip地址可以根据实际情况定。

以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持脚本之家。

 

来源:https://www.jb51.net/article/99377.htm



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