linux进程间的网络通信

一、进程是如何进行网络通信的？socket通信的过程？

　同一机器上的不同进程之间的通信方式有很多种，主要使用消息传递或共享内存。而跨网络的进程是几乎都是使用socket通信，例如web服务器，QQ。

socket即是一种特殊的文件，操作系统提供了一些socket函数就是对其进行的操作（读/写IO、打开、关闭），进程间的通信就是靠读写各自的socket完成的。

通信的过程

server：

使用socket()系统调用创建一个指定类型和协议套接字
使用bind（）系统调用给创建的socket命名，这个名字就是通常所说的服务器地址（ip地址+端口号），例如服务器的80端口
使用listen（）系统调用，监听来自客户端的连接。
使用accept（）系统调用，接受来自客户端的连接，这个调用一直处于阻塞状态，直到有客户端的连接。
向连接建立的socket里面读写数据（通信）

　　注意：server最初会创建一个socktet，收到连接请求后（accept()）之后会创建一个与原有的命名套接字不同的套接字。这个新的套接字只与这个特定的client通信，而命名套接字会保留下来继续处理来自client的连接。

client：

使用socket（）系统调用创建一个指定类型和协议的套接字。
使用connect（）将1中创建的socket连接到服务器的地址。
使用系统调用发送和接受数据，最简单的是read( )和write（）函数。

二、主要知识点和系统调用介绍

　 1. int socket(int domain, int type, int protocol); 创建指定类型的socket，两个进程能够通信，必须使用相同域和类型的套接字。

domain：主要有AF_INET,AF_INIT6,分别表示IPv4、IPv6域
type：SOCK_STREAM 表示有序、可靠、双向的面向连接的字节流；SOCK_DGRAM 表示长度固定的、无连接的不可靠的报文传递。
protocol：一般是0，系统会根据前面的域名和类型，选择合适的协议如TCP、UDP协议等。

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

sockfd：创建scoket时返回的socket描述符。类似于文件描述符号。
addr：socket绑定的地址
addrlen：第二个参数是指针，第三个参数是长度

地址格式：

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 */

 };

注意：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。

3.其它

int listen(int sockfd, int backlog); //监听socket的描述符，backlog表示最到连接数
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen); //客户端连接服务器的地址
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen); //服务器接受连接
read()/write()
recv()/send()
readv()/writev()
recvmsg()/sendmsg()
recvfrom()/sendto()

三、简单易学的socket程序示例

一个简单的示例，创建AF_INET型域和SOCK_STREAM面向连接的socket字，server开启服务，client请求连接，向server发送消息，server收到消息后，回应client，结束连接，也关闭服务器。
代码中有注释，基本上是安装前面socket通信的步骤写的代码。

 #include <stdio.h>

 #include <stdlib.h>

 #include <string.h>

 #include <unistd.h>

 #include <sys/types.h>

 #include <sys/socket.h>

 #include <netinet/in.h>

 void error(const char *msg)

 {

     perror(msg);

     exit();

 }

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

 {

      int sockfd, newsockfd, portno;

      socklen_t clilen;

      char buffer[];

      struct sockaddr_in serv_addr, cli_addr;

      int n;

      if (argc < ) {

          fprintf(stderr,"ERROR, no port provided\n");

          exit();

      }

      //create a socktet

      sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, );

      if (sockfd < )

         error("ERROR opening socket");

     //bind an address to that socktet

      bzero((char *) &serv_addr, sizeof(serv_addr));

      portno = atoi(argv[]);

      serv_addr.sin_family = AF_INET;

      serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

      serv_addr.sin_port = htons(portno);

      if (bind(sockfd, (struct sockaddr *) &serv_addr,

               sizeof(serv_addr)) < )

               error("ERROR on binding");

      // listen to the socktet

      listen(sockfd,);

      //accept connection and create a corresponding new socket

      clilen = sizeof(cli_addr);

      newsockfd = accept(sockfd,

                  (struct sockaddr *) &cli_addr,

                  &clilen);

      if (newsockfd < )

           error("ERROR on accept");

       //communication with the new sockfd(read and write data)

      bzero(buffer,);

      n = read(newsockfd,buffer,);

      if (n < ) error("ERROR reading from socket");

      printf("Here is the message: %s\n",buffer);

      n = write(newsockfd,"I got your message",);

      if (n < ) error("ERROR writing to socket");

      //ends the connection

      close(newsockfd);

      //ends server

      close(sockfd);

      return ;

 }

 #include <stdio.h>

 #include <stdlib.h>

 #include <unistd.h>

 #include <string.h>

 #include <sys/types.h>

 #include <sys/socket.h>

 #include <netinet/in.h>

 #include <netdb.h> 

 void error(const char *msg)

 {

     perror(msg);

     exit();

 }

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

 {

     int sockfd, portno, n;

     struct sockaddr_in serv_addr;

     struct hostent *server;

     char buffer[];

     if (argc < ) {

        fprintf(stderr,"usage %s hostname port\n", argv[]);

        exit();

     }

     portno = atoi(argv[]);

     //create a socket

     sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, );

     if (sockfd < )

         error("ERROR opening socket");

     server = gethostbyname(argv[]);

     if (server == NULL) {

         fprintf(stderr,"ERROR, no such host\n");

         exit();

     }

     bzero((char *) &serv_addr, sizeof(serv_addr));

     serv_addr.sin_family = AF_INET;

     bcopy((char *)server->h_addr,

          (char *)&serv_addr.sin_addr.s_addr,

          server->h_length);

     serv_addr.sin_port = htons(portno);

     //connect

     if (connect(sockfd,(struct sockaddr *) &serv_addr,sizeof(serv_addr)) < )

         error("ERROR connecting");

     printf("Please enter the message: ");

     bzero(buffer,);

     fgets(buffer,,stdin);

     //write and read data

     n = write(sockfd,buffer,strlen(buffer));

     if (n < )

          error("ERROR writing to socket");

     bzero(buffer,);

     n = read(sockfd,buffer,);

     if (n < )

          error("ERROR reading from socket");

     printf("%s\n",buffer);

     //end this connection

     close(sockfd);

     return ;

 }

使用方法：./server 3000 ./client localhost 3000 一般使用2000～65536之间的端口号

上面的代码虽然能让人很快理解，进程之间的网络通信是怎么进行的。但是server只是接收一次消息，就马上结束退出。

而实际中的server是一直在运行的，并且能够同时接收多个client的访问，典型的做法是server每次收到连接请求式都fork一个新的子进程来处理连接请求。

为了避免产生zombie进程，需要在程序中使用signal(SIGCHLD,SIG_IGN);使得父进程无视子进程的die。

改进后的代码：

 /* A simple server in the internet domain using TCP

    The port number is passed as an argument

    This version runs forever, forking off a separate

    process for each connection

 */

 #include <stdio.h>

 #include <unistd.h>

 #include <stdlib.h>

 #include <string.h>

 #include <sys/types.h>

 #include <sys/socket.h>

 #include <netinet/in.h>

 #include <signal.h>

 void dostuff(int); /* function prototype */

 void error(const char *msg)

 {

     perror(msg);

     exit();

 }

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

 {

      int sockfd, newsockfd, portno, pid;

      socklen_t clilen;

      struct sockaddr_in serv_addr, cli_addr;

      if (argc < ) {

          fprintf(stderr,"ERROR, no port provided\n");

          exit();

      }

      sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, );

      if (sockfd < )

         error("ERROR opening socket");

      bzero((char *) &serv_addr, sizeof(serv_addr));

      portno = atoi(argv[]);

      serv_addr.sin_family = AF_INET;

      serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

      serv_addr.sin_port = htons(portno);

      if (bind(sockfd, (struct sockaddr *) &serv_addr,

               sizeof(serv_addr)) < )

               error("ERROR on binding");

      listen(sockfd,);

      clilen = sizeof(cli_addr);

      signal(SIGCHLD,SIG_IGN);

      while () {

          newsockfd = accept(sockfd,

                (struct sockaddr *) &cli_addr, &clilen);

          if (newsockfd < )

              error("ERROR on accept");

          pid = fork();

          if (pid < )

              error("ERROR on fork");

          if (pid == )  {

              //close(sockfd);

              dostuff(newsockfd);

              exit();

          }

          else close(newsockfd);

      } /* end of while */

      close(sockfd);

      return ; /* we never get here */

 }

 /******** DOSTUFF() *********************

  There is a separate instance of this function

  for each connection.  It handles all communication

  once a connnection has been established.

  *****************************************/

 void dostuff (int sock)

 {

    int n;

    char buffer[];

    bzero(buffer,);

    n = read(sock,buffer,);

    if (n < ) error("ERROR reading from socket");

    printf("Here is the message: %s\n",buffer);

    n = write(sock,"I got your message",);

    if (n < ) error("ERROR writing to socket");

 }

四、总结

socket几乎是网络间进程通信的唯一手段，它的通信是非常简单并且重要的，需要记住。虽然在实际的大型的网络服务器中，不会使用每次都使用socke系统调用t编程，而是使用包装过的库，但是还是需要了解。

当让要想成为一个C++高手还是需要熟悉某种网络库，能力强的话可以自己包装实现一个网络库。但是我觉得新手还是先看看人家的库～～如：比如boost-asio、比如libevent，boost-asio

参考：

　　1.http://www.linuxhowtos.org/C_C++/socket.htm?userrate=2

　　2.http://www.cnblogs.com/skynet/archive/2010/12/12/1903949.html