Linux网络编程学习笔记(二)socket操作

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这里是本人对Linux网络编程的学习做一个记录，主要参考书籍如下：

  • Linux高性能服务器编程
  • Unix网络编程 卷1：套接字联网API
    socket是一个实现内核空间与用户空间的通信的接口。

一、socket服务端

提供网络服务的一端

1、socket服务端操作过程
(1)图解socket服务端操作过程

光看图不过瘾？来上一锅代码

(2)代码实现socket服务端操作过程
  1.     #include <stdio.h>
  2.     #include <sys/socket.h>
  3.     #include <netinet/in.h>
  4.     #include <arpa/inet.h>
  5.     #include <sys/types.h>
  6.     #include <sys/errno.h>
  7.     #include <unistd.h>
  8.     #include <string.h>
  10.     #define BACKLOG_LENGTH 5
  11.     #define BUF_SIZE  100
  13.     int main(void)
  14.     {
  15.         //第一步：创建socket
  16.         int sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
  17.         if (sock < 0) {
  18.             printf("socket create failed,the error is:%s\n", strerror(errno));
  19.             return -1;
  20.         }
  21.         //第二步：为socket绑定地址(命名socket)
  22.         struct sockaddr_in saddr;
  23.         memset(&saddr, '\0', sizeof(saddr));
  24.         saddr.sin_family = AF_INET;
  25.         saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
  26.         saddr.sin_port = htons(9669);
  27.         int bin = bind(sock, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr));
  28.         if (bin < 0) {
  29.             printf("bind failed,the error is:%s\n", strerror(errno));
  30.             return -1;
  31.         }
  32.         //第三步：监听socket
  33.         int status = listen(sock, BACKLOG_LENGTH);
  34.         if (status < 0) {
  35.             printf("listen failed,the error is:%s\n", strerror(errno));
  36.             return -1;
  37.         }
  39.         //第四步：接受连接
  40.         struct sockaddr_in client;
  41.         socklen_t client_len = sizeof(client);
  42.         int conn = accept(sock, (struct sockaddr *)&client, &client_len);
  43.         if (conn < 0) {
  44.             printf("accept failed,the error is:%s", strerror(errno));
  45.             return -1;
  46.         }
  48.         //第五步：读写数据(接收和发送数据)
  49.         char buf[BUF_SIZE];
  50.         memset(buf, '\0', BUF_SIZE);
  51.         char msg[BUF_SIZE] = "this is a socket server";
  52.         int res;
  53.         res = recv(conn, buf, BUF_SIZE -1, 0);
  54.         printf("result:%d,data:%s\n", strerror(errno), buf);
  56.         //发送数据
  57.         int send_len = send(conn, msg, sizeof(msg), 0);
  58.         if (send_len <= 0) {
  59.             printf("send data failed,the error is:%s", strerror(errno));
  60.         }
  62.         //第六步：关闭连接(头文件unistd.h)
  63.         close(conn);
  65.         //第七步：关闭socket(头文件unistd.h)
  66.         close(sock);
  68.         return 0;
  69.     }

注：

  • 创建socket的时候要注意选择合适的类型，这里选择SOCK_STREAM(流式，一般TCP选择这种类型;另外还有数据报式SOCK_DGRAM，一般UDP选择这种)，SOCK_STREAM可以使用listen监听，否则会报operation not supported的错误
(3)运行代码看疗效

编译运行上面的代码(文件名为socket_server.c)

  1. gcc socket_server.c -o socket_server
  2. sudo ./socket_server

使用telnet模拟客户端连接socket server并发送一个”hello world”的数据

  1. telnet 127.0.0.1  9669
  2. hello world

查看socket server运行效果：

查看telnet 运行效果

注：如果未安装telnet，可以使用yum或者apt-get安装

(4)功能优化

  • socket server代码后，客户端(telnet)发送一次数据，它就关闭了，如果再使用telent发送数据，需要重新运行，是因为它接收数据后，就关闭了连接，最后关闭了socket，并返回了，所以这里改造一下：

  • 将第四步、第五步和第六步放到一个无限循环中，那么它就可以一直运行，不会退出，可以支持新的连接(将第四、五、六步的代码修改为以下的形式)

  1.     struct sockaddr_in client;
  2.     socklen_t client_len = sizeof(client);
  3.     char buf[BUF_SIZE];
  4.     memset(buf, '\0', BUF_SIZE);
  5.     char msg[BUF_SIZE];
  6.     int res;
  7.     while(1) {
  8.         //第四步：接受连接
  9.         int conn = accept(sock, (struct sockaddr *)&client, &client_len);
  10.         if (conn < 0) {
  11.             printf("accept failed,the error is:%s", strerror(errno));
  12.             return -1;
  13.         }
  14.         //第五步：接收数据
  15.         res = recv(conn, buf, BUF_SIZE -1, 0);
  16.         printf("result:%d,data:%s\n", strerror(errno), buf);
  18.         //发送数据
  19.         int send_len = send(conn, msg, sizeof(msg), 0);
  20.         if (send_len <= 0) {
  21.             printf("send data failed,the error is:%s", strerror(errno));
  22.         }
  24.         //第六步：关闭连接(头文件unistd.h)
  25.         close(conn);
  26.     }
2、知识拾遗——socket服务端代码说明以及socket函数说明
(1)头文件
  • stdio.h ：标准输入输出库，主要提供输入输出的一些函数(如printf)
  • sys/socket.h:系统socket操作库，提供socket操作的相关函数(如socket,listen等)
  • netinet/in.h:网络中的ipv4地址相关结构的定义(sockaddr_in等结构体的定义)
  • arpa/inet.h:ipv4地址转换函数库(如inet_addr,inet_aton,inet_ntoa等)
  • sys/types.h:系统中数据定义别名定义(如size_t，__socklen_t等)
  • sys/errno.h:错误相关的全局变量(如errno)
  • unistd.h:unix系统标准函数库(如close函数)
  • string.h:字符串操作相关函数库(包括字符串内存分配相关，如memset)
(2)socket操作函数

  • socket

    • 作用：创建socket
    • 头文件:
    • 原型:extern int socket (int domain, int type, int protocol)
    • 参数：
      domain:使用的协议族(PF_UNIX本地unix域,PF_INET ipv4协议,PF_INET6 ipv6协议)
      type:使用的服务类型(SOCK_STREAM 流服务，一般是TCP协议使用的;SOCK_DGRAM 数据报服务，一般是UDP协议使用的)
      protocol:使用的协议(通常前两个参数已经决定了它使用的的协议，这里通常使用0)
    • 返回值：成功则返回一个文件描述符，失败就返回-1(通过errno来获取具体错误)

  • bind

    • 作用：绑定socket(将socket与IP地址结构体变量进行绑定)
    • 头文件:
    • 原型：extern int bind (int fd, const struct sockaddr * addr, socklen_t len)
    • 参数：
      fd:socket文件描述符
      addr:地址结构体指针变量
      len:地址结构体变量的长度(所占内存大小)
    • 返回值：成功则返回0,失败返回-1 (通过errno来获取具体错误)

  • listen

    • 作用：监听socket
    • 头文件:
    • 原型：extern int listen (int fd, int backlog)

    • 参数：
      fd:socket文件描述符
      backlog:内核监听队列的最大长度

    • 返回值：成功则返回0,失败返回-1 (通过errno来获取具体错误)

  • accept

    • 作用：接受客户端连接(个人认为是建立连接)
    • 头文件:
    • 原型：extern int accept (int fd, struct sockaddr addr,socklen_t addr_len);
    • 参数：
      fd:socket文件描述符
      sockaddr:客户端地址结构体指针
      addr_len:客户端地址结构体长度的指针
    • 返回值：成功则返回连接文件描述符,失败返回-1 (通过errno来获取具体错误)

  • recv

    • 作用：接收socket另一端发送的数据
    • 头文件:
    • 原型：extern ssize_t recv (int conn_fd, void * buf, size_t buf_len, int flags);
    • 参数：
      conn_fd:服务端与客户端连接文件描述符
      buf:用于存放接收的数据的缓冲区指针
      buf_len:存放接收的数据的缓冲区长度
      flags:数据收发额外控制的参数(MSG_CONFIRM等)
    • 返回值：成功则返回0,失败返回-1 (通过errno来获取具体错误)

  • send

    • 作用：向socket另一端发送数据
    • 头文件:
    • 原型：extern ssize_t send (int conn_fd, const void *buf, size_t n, int flags);

    • 参数：
      conn_fd:服务端与客户端连接文件描述符
      buf:用于存放发送的数据的缓冲区指针
      buf_len:存放发送的数据的缓冲区长度
      flags:数据收发额外控制的参数(MSG_CONFIRM等)

    • 返回值：成功则返回0,失败返回-1 (通过errno来获取具体错误)

(3)其他结构体与函数

  • sockaddr_in

    • 作用：ipv4的地址结构体
    • 头文件：

    • 成员变量：
      sa_family_t sin_family：使用的地址协议族
      in_port_t sin_port:整型的端口号
      struct in_addr sin_addr:ipv4结构体变量
      inet_addr

    • 作用：将字符串型的ip地址转换为整型的ipv4地址(在前面的文章中有细述)

  • htons

  • 作用：是将整型变量从主机字节顺序转变成网络字节顺序，就是整数在地址空间存储方式变为：高位字节存放在内存的低地址处

  • memset

    • 作用：为一个指针分配指定的内存，并使用指定的字符填充
    • 头文件：
    • 原型：extern void memset (void s, int c, size_t n)
    • 参数：
      s:被操作的指针变量
      c：用来填充的字符
      n：填充的长度

  • close

    • 作用：关闭一个文件描述符
    • 头文件：
    • 原型：extern int close (int fd)
    • 参数：
      fd:文件描述符

二、socket客户端

连接socket服务器的一端

1、socket客户端操作过程
(1)图解socket服务端操作过程

有图有真相

图样图simple，好吧，看点实际的(它确实比socket服务端简单一些)

(2)代码实现socket客户端操作过程
  1.     #include <sys/socket.h>
  2.     #include <arpa/inet.h>
  3.     #include <netinet/in.h>
  4.     #include <errno.h>
  5.     #include <string.h>
  6.     #include <unistd.h>
  7.     #include <stdio.h>
  9.     #define BUF_SIZE 100
  11.     int main(void)
  12.     {
  13.         //第一步：创建socket
  14.         int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
  15.         if (sock < 0) {
  16.             printf("create socket failed,the error is:%s\n", strerror(errno));
  17.             return -1;
  18.         }
  19.         //第二步：与服务端建立连接
  20.         struct sockaddr_in saddr;
  21.         saddr.sin_family = AF_INET;
  22.         saddr.sin_port = htons(9669);
  23.         saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
  24.         int conn = connect(sock, (struct sockaddr *) &saddr, sizeof(saddr));
  25.         //注：这里如果连接成功返回0,否则为-1,却不是一个文件描述符
  26.         if (conn < 0) {
  27.             printf("connect the socket server failed,the error is:%s\n", strerror(errno));
  28.             return -1;
  29.         }
  31.         //第三步：读写数据(接收和发送数据)
  32.         char buf[BUF_SIZE];
  33.         char msg[BUF_SIZE] = "welcome to client world!";
  34.         int flag = recv(sock, buf, BUF_SIZE, 0);
  35.         if (flag < 0) {
  36.             printf("receive data failed,the error is:%s\n", strerror(errno));
  37.         } else {
  38.             printf("server say:%s\n", buf);
  39.         }
  40.         //发送数据
  41.         int len = send(sock, msg, BUF_SIZE, 0);
  42.         if (len <= 0) {
  43.             printf("send data failed,the error is:%s\n", strerror(errno));
  44.         }
  45.         //第四步：关闭socket连接
  46.         close(sock);
  47.         return 0;
  48.     }

注意点：

  • connect函数返回的是一个连接状态，而不是连接描述符，因此* 在send和recv中传入的还是socket对象

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