socket套接字编程

一、概述

1、socket是一种进程间通信方式，既可以用于一台机器，也可以用于网络。常用语C/S模型。

2、可以跨越Windows和Linux操作系统，可以跨越不同语言。

3、注意网络字节序和主机字节序的转换；可以不用判断，直接调用函数，函数内部会做出判断。

二、socket()

1、<sys/types.h><sys/socket.h>

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

3、domain：创建套接字所使用的协议簇（地址）

• AF_UNIX：本机

• AF_INET：IPv4

• AF_INET6：IPv6

• AF：address family

4、type：套接字类型

• SOCK_STREAM：流，用于tcp

• SOCK_DGRAM：数据报，用于UDP

• SOCK_RAW：原始，可以操作ICMP等

5、protocol：协议，Linux下默认为0，即由domain和type可以确定所使用的协议。

6、返回值：成功后，返回套接字；否则，返回-1，错误存入errno。

7、可以理解为：domain是网络层的参数，type是传输层的参数。

三、bind()

1、<sys/types.h><sys/socket.h>

2、int bind(int sockfd,sockaddr* my_addr,socklen_t addlen);

3、作用：将IP地址+端口和socket绑定。一般服务器需要，客户端不需要bind()。但是实际上，对于UDP，客户端在发送时，内核都会自动绑定（将IP地址+端口和socket绑定）；对于TCP，个人认为应该不会，因为服务器端通过连接返回，所以客户端不用bind()。

4、sockfd：socket文件描述符；addlen：sockaddr结构的长度。

5、返回值：成功0，失败，返回-1，错误存入errno。

6、struct sockaddr是通用的套接字地址，实际上很少使用，而是使用sockaddr_in。

7、struct sockaddr_in（TCP/IP协议簇常用）

（1）头文件：<netinet/in.h>

（2）定义

struct sockaddr_in{

unsigned short sin_family;//AF_INET(TCP/IP)

unsigned short sin_port;//0-1023特用

struct in_addr sin_addr;//32位IP地址

unsigned char sin_zero[8];//填充

};

struct in_addr{

unsigned long s_addr;//或in_addr_t

};

s_addr可以设置为INADDR_ANY，表示本机上的所有IP（多宿主主机有多个网卡）

四、listen()

1、<sys/types.h><sys/socket.h>

2、int listen(int sockfd,int backlog);

3、功能：一般在服务器端使用。初始化服务器可连接队列，由于是顺序处理连接请求，所有将暂时不能处理的放到等待队列里面，长度由backlog确定。

4、backlog：连接队列的最大长度，一般为20，有时为10或5。

5、返回值：成功0，失败，返回-1，错误存入errno。

6、注意，listen()是非阻塞调用，listen()执行后，套接字处于监听状态，进程处于执行状态，即一个套接字listen()一次即可，直至进程退出才会失效。

五、accept()

1、<sys/types.h><sys/socket.h>

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

3、功能：当一个客户端的连接请求到达服务器监听接口时，在队列中等待；accept()执行后，返回一个套接字描述表示一个客户端的连接，并用这个套接字进行send()和recv()。

4、返回值：成功后，返回代表连接的套接字（性质与sockfd相同），失败，返回-1，错误存入errno。

5、若sockfd是阻塞的，且连接队列为空，则accept()将被阻塞知道有连接请求为止；若为非阻塞的，且连接队列为空，则accept()返回-1，errno被设置为EAGAIN。

6、注意，accept发生的阶段是三次握手之后，即从连接队列中取出相应连接进行处理。

六、connect()

1、<sys/types.h><sys/socket.h>

2、int connect(int sockfd,sockaddr *addr,socklen_t addrlen);

3、功能：一般在客户端使用。客户端发出连接请求，因为客户端的地址不重要（服务器通过连接返回），因此客户端无需bind()。一个socket只能connect一个主机。

4、返回值：成功0，失败，返回-1，错误存入errno。

七、send()和recv()

1、<sys/types.h><sys/socket.h>

2、函数原型

• ssize_t send(int conn_fd,const void *msg,size_t len,int flags);

• ssize_t recv(int conn_fd,void *buf,size_t len,int flags);

3、服务器端和客户端都可以send()和recv()。注意，send()只是将数据由msg存入socket的缓冲区里面，具体的发送操作由操作系统完成；同理，recv()是将socket缓冲区里面的数据读到buf中，具体的接收操作也是由操作系统完成的。

4、参数说明

• conn_fd：连接好的套接字

• msg/buf：发送或接受数据的缓冲区

• len：缓冲区长度

• flags：控制选项，一般为0。

5、返回值：成功，返回实际发送或接受的字节数，失败，返回-1，错误存入errno。

6、疑问：对于UDP，也是在缓冲区中取出，但是UDP是有边界的呀？？todo

7、可以利用recv的返回值以及等待时间，来判断是否停止接受。

八、close()

1、<unistd.h>

2、int close(int fd);

3、关闭一个套接字描述符。

4、返回值：成功0，失败，返回-1，错误存入errno。

九、地址转换

1、<arpa/inet.h>

2、点分十进制字符串转化为unsigned long/in_addr_t

in_addr_t inet_addr(const char* cp);

3、in_addr转化为点分十进制字符串：inet_ntoa();

十、TCP与UDP的差异

1、UDP在connect的时候，不会进行三次握手，甚至不会发送任何数据包；只是发送/接收的时候不再需要指定对方的地址（内核记录了IP地址和端口）。

因此我认为，UDP客户端可以不connect。

2、UDP服务器端不需要listen和accept，可以直接接收；但是有了之后，服务端也记录了客户端的IP地址和端口，每次发送和接收的时候不需要sendto()、recvfrom()。

3、对于服务器端：UDP的服务器端可以不需要绑定，使用sendto和recvfrom，但是TCP的服务器端必须绑定，因为在sendto和recvfrom之前还要listen和accept。

对于客户端：TCP和UDP都不需要bind。TCP因为建立了连接，可以按照连接返回（其实连接还是按IP+端口确定的）。UDP客户端在第一次发送时，内核也会将IP地址和端口与socket绑定。

注意，绑定的含义是将socket与IP地址和端口绑定；无论是否绑定，数据包中肯定是有IP地址和端口的。

4、综合1、2、3可知，UDP的客户端可以新建一个socket后，直接使用sendto发送数据；UDP的服务器端可以新建一个socket后，直接用recvfrom接收数据。

5、区分TCP和UDP的方式：socket的类型是SOCK_STREAM还是SOCK_DGRAM；而不是使用了哪些函数，因为由上述可知，TCP与UDP使用的函数可能相同。

十一、阻塞与非阻塞

1、受影响的函数：connect、accept、send、recv等。

（1）connect（TCP）

• 非阻塞：connect会立即返回EINPROGRESS错误，表示连接操作正在进行中，但是仍未完成；同时TCP的三路握手操作继续进行；在这之后，我们可以调用select来检查这个链接是否建立成功。

• 阻塞：线程阻塞，若连接在超时之前建立，则返回0；若超时（一般为75s-几分钟），则返回负数。

（2）accept（TCP）：见五、5

（3）send、recv

• 非阻塞：如果缓冲区有空间或者有内容，立马返回实际放入或取出的字节数，如果没有，立马返回-1。

• 阻塞：如果有足够空间或者内容，肯定就返回n了；如果完全没有空间或者内容，肯定就返回-1了；但是如果有部分空间或者内容，是等待呢，还是返回？？todo

2、阻塞模式效率低，编程简单，适用于小型系统；非阻塞模式效率高，但是编程复杂，适用于大型系统。

3、（貌似）SOCK_STREAM默认是阻塞的，SOCK_DGRAM默认是非阻塞的。

4、fctnl或者select可以转换socket的阻塞属性。