Linux网络编程

socket¶

socket模型创建流程¶

IP地址：在网络环境中唯一标示一台主机

端口号：在主机中唯一标示一个过程

IP+port：在网络环境中唯一标示一个进程（socket）

socket是文件的一种类型：(伪文件，不会占用实际的存储空间)

普通文件、目录、软链接实际占用了存储空间

字符设备、块设备、管道、socket伪文件

accept返回的才是真正跟客户端连接的socket

1684739134073s

server.c

socket() 建立套接字
bind() 绑定IP端口号 (struct socketaddr_in addr 初始化)
listen() 指定最大同时发起连接数
accept() 阻塞等待客户端发起连接
read()
小——大
write 给客户端
close()

client.c

socket()
bind() 可以依赖”隐式绑定“
connect() 发起连接
write()
read()
close()

bind(), accept(), connect()需要强转

#include <arpa/inet.h>

uint32_t htonl(uint32_t hostlong);
uint16_t htons(uint16_t hostshort);
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);

h表示host，n表示network，l表示32位长整数，s表示16位短整数。

32位对应的是IP地址，16位对应的是端口号

客户端的端口号是由操作系统来指定的

socket函数¶

accept¶

#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>

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

描述：

accept()用来接受参数**s**的socket连线。参数**s**的socket必需先经bind()、listen()函数处理过, 当有连线进来时accept()会返回一个新的socket处理代码, 往后的数据传送与读取就是经由新的socket处理,

而原来参数**s**的socket能继续使用accept()来接受新的连线要求。连线成功时, 参数**addr**所指的结构会被系统填入远程主机的地址数据, 参数**addrlen**为scokaddr的结构长度。关于结构sockaddr的定义请参考bind()。

bind¶

#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
int bind(int sockfd,struct sockaddr * my_addr,int addrlen);

描述：

用于将一个套接字（socket）与一个特定的IP地址和端口号绑定在一起的函数。在网络编程中，服务器通常需要绑定一个特定的IP地址和端口号，以便客户端可以通过这个地址和端口号来访问服务器。

bind()用来设置给参数**sockfd**的socket一个名称。此名称由参数**my_addr**指向一sockaddr结构, 对于不同的socket, domain定义了一个通用的数据结构

struct sockaddr
{
    unsigned short int sa_family;
    char sa_data[14];
};
sa_family 为调用socket()时的domain参数, 即AF_xxxx值。
sa_data 最多使用14个字符长度。
此sockaddr结构会因使用不同的socket domain而有不同结构定义, 例如使用AF_INET domain, 其socketaddr结构定义便为
struct socketaddr_in
{
    unsigned short int sin_family;
    uint16_t sin_port;
    struct in_addr sin_addr;
    unsigned char sin_zero[8];
};
struct in_addr
{
    uint32_t s_addr;
};
sin_family 即为sa_family
sin_port 为使用的port编号
sin_addr.s_addr 为IP 地址
sin_zero 未使用。

参数：

addrlen为sockaddr的结构长度。

返回值：

成功则返回0, 失败返回-1, 错误原因存于errno中。

connect()¶

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

描述：

用于建立TCP连接的函数，它将本地的套接字连接到指定的远程套接字。在TCP连接中，客户端使用connect()函数向服务器发送连接请求，服务器使用accept()函数接受连接请求并建立连接。

参数：

sockfd是本地套接字描述符，
addr是指向远程套接字地址结构体的指针，
addrlen是远程套接字地址结构体的长度。

返回值：

如果连接成功，该函数返回0，否则返回-1并设置errno变量以指示错误类型。

listen¶

#include<sys/socket.h>
int listen(int s,int backlog);

描述：

listen()用来等待参数**s** 的socket连线。参数**backlog**指定同时能处理的最大连接要求, 如果连接数目达此上限则client端将收到ECONNREFUSED的错误。

Listen()并未开始接收连线, 只是设置socket为listen模式, 真正接收client端连线的是accept()。通常listen()会在socket(), bind()之后调用, 接着才调用accept()。

recv¶

#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
int recv(int s,void *buf,int len,unsigned int flags);

描述：

recv()用来接收远端主机经指定的**socket**传来的数据, 并把数据存到由参数**buf**指向的内存空间, 参数**len**为可接收数据的最大长度。

flags一般设0。其他数值定义如下: MSG_OOB 接收以out-of-band 送出的数据。 MSG_PEEK 返回来的数据并不会在系统内删除, 如果再调用recv()会返回相同的数据内容。 MSG_WAITALL强迫接收到len大小的数据后才能返回, 除非有错误或信号产生。 MSG_NOSIGNAL此操作不愿被SIGPIPE信号中断返回值成功则返回接收到的字符数, 失败返回-1, 错误原因存于errno中。

返回值：

成功则返回接收到的字符数, 失败返回-1, 错误原因存于errno中。

错误代码：

EBADF 参数s非合法的socket处理代码 EFAULT 参数中有一指针指向无法存取的内存空间 ENOTSOCK 参数s为一文件描述词, 非socket。 EINTR 被信号所中断 EAGAIN 此动作会令进程阻断, 但参数s的socket为不可阻断 ENOBUFS 系统的缓冲内存不足。 ENOMEM 核心内存不足 EINVAL 传给系统调用的参数不正确。

socket()¶

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);

描述：

网络编程中使用的一个系统调用函数，用于创建一个新的套接字，套接字是网络通信中的一种抽象概念，可以理解为一种通信端点，它可以用于在不同的主机之间进行通信。

参数：

domain参数指定了套接字的协议族，比如AF_INET表示IPv4协议族，AF_INET6表示IPv6协议族；
type参数指定了套接字的类型，比如SOCK_STREAM表示面向连接的流式套接字，SOCK_DGRAM表示无连接的数据报套接字；
protocol参数指定协议类型，通常为0，表示使用默认协议。

返回值：

socket()函数执行成功后会返回一个新的套接字描述符，这个描述符可以用于后续的通信操作。如果函数执行失败，则返回-1，并设置errno变量来指示错误的原因。

send¶

#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
int send(int s,const void * msg,int len,unsigned int falgs);

描述：

send()用来将数据由指定的socket 传给对方主机。参数**s**为已建立好连接的socket。参数**msg**指向欲连线的数据内容, 参数**len**则为数据长度。

参数flags一般设0, 其他数值定义如下

MSG_OOB 传送的数据以out-of-band 送出。
MSG_DONTROUTE 取消路由表查询
MSG_DONTWAIT 设置为不可阻断运作
MSG_NOSIGNAL 此动作不愿被SIGPIPE 信号中断。

返回值：

成功则返回实际传送出去的字符数, 失败返回-1。错误原因存于errno

字节序转换¶

inet_pton¶

#include <arpa/inet.h>

int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);

描述：

用于将一个 IPv4 或 IPv6 的网络地址从文本格式转换为二进制格式。

参数：

af 参数指定了地址族，可以是 AF_INET 表示 IPv4 地址族，也可以是 AF_INET6 表示 IPv6 地址族；
src 参数是一个字符串指针，表示待转换的网络地址；
dst 参数是一个 void 指针，指向一个用于存储转换结果的缓冲区。

返回值：

函数返回值为 1 表示转换成功，0 表示 src 参数不是有效的网络地址，-1 表示发生错误，具体的错误信息可以通过 errno 变量获取。

inet_pton¶

const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, socklen_t size);

描述：

inet_ntop是一个用于将网络字节序的IP地址转换为字符串表示（本地字节序）的函数。

inet_ntop函数将网络字节序的IP地址转换为字符串表示，并将结果存储在dst指向的缓冲区中。转换后的IP地址字符串的格式取决于地址族的类型。

参数：

af：地址族（Address Family），指定了要转换的IP地址的类型。常见的值有AF_INET（IPv4）和AF_INET6（IPv6）。
src：指向存储要转换的IP地址的内存块的指针。这个内存块的大小取决于地址族的类型。
dst：指向存储转换后IP地址的字符串的缓冲区的指针。
size：缓冲区的大小，用于防止缓冲区溢出。

返回值：

函数的返回值是一个指向转换后的IP地址字符串的指针，即dst指针。如果转换成功，返回值指向dst指针；如果发生错误，返回值为NULL，并且可以通过检查全局变量errno来获取错误的具体原因。

htons¶

uint16_t htons(uint16_t hostshort);

描述：

htons() 是一个网络字节序转换函数，用于将16位的主机字节序转换为网络字节序（大端字节序）。通常在网络编程中使用，以保证在不同机器之间传输数据时字节序的一致性。

参数：

hostshort 表示需要转换的16位主机字节序整数、

返回值：

函数返回值为转换后的网络字节序整数。

ntohs¶

uint16_t ntohs(uint16_t netshort);

描述：

ntohs函数将网络字节序的16位无符号整数转换为主机字节序（本机字节序）的16位无符号整数，

参数：

netshort：网络字节序的16位无符号整数。

返回：

并返回转换后的结果。

epoll¶

epoll_wait¶

描述：

epoll_wait 是 Linux 下使用 epoll I/O 多路复用机制时的一个系统调用函数，用于等待事件就绪并获取已就绪的事件。

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);

参数说明： - epfd：epoll 文件描述符，由 epoll_create 或 epoll_create1 返回的文件描述符。 - events：指向 epoll_event 结构体数组的指针，用于存储返回的已就绪事件。 - maxevents：events 数组的长度，即最多能够存储的事件个数。 - timeout：超时时间，单位是毫秒。如果传入负值，则表示无限等待；如果传入 0，则表示立即返回，不阻塞；如果传入正值，则表示等待的时间上限。

函数返回值： - 成功时，返回已就绪的事件个数。 - 失败时，返回 -1，并设置 errno 来指示错误类型。

epoll_wait 函数会阻塞等待，直到有事件就绪或者超过指定的超时时间。当有事件就绪时，将把已就绪的事件从内核事件表复制到 events 数组中，并返回已就绪的事件个数。

每个 events 中的 epoll_event 结构体包含了就绪事件的相关信息，比如文件描述符、事件类型和用户定义的数据等。

应用程序需要根据返回的已就绪事件进行相应的处理，例如读写数据、关闭连接等。

总结：epoll_wait 是使用 epoll I/O 多路复用机制时的系统调用函数，用于等待事件就绪并获取已就绪的事件。通过传入 epoll 文件描述符和事件数组，可以获取到已就绪的事件信息，并进行相应的处理。