socket in Linux

socket in Linux

Socket编程界面由4BSD UNIX首先提出，目的是解决网间网进程通信问题。Socket接口为进程间通信提供了一种新的手段，它不但能用于同一机器中的进程之间的通信，而且支持网络通信功能。Socket具有类型，反应了对用户透明的通信特性。

一个完整的Socket连接用一个相关描述: { 协议,本地地址,本地端口,远地地址,远地端口 }

Socket 是面向客户-服务器模型而设计的，针对客户和服务器程序提供不同的Socket系统调用。

socket系统调用

#include 
int socket(int domain, int type, int protocol);
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Socket也具有一个类似于打开文件的函数调用Socket()，该函数返回一个整型的Socket描述符，随后 的连接建立、数据传输等操作都是通过该Socket实现的

• domain指明所使用的协议族，PF_INET，表示互联网协议族（TCP/IP协议族），PF_UNIX 本地协议
• type参数指定socket的类型：SOCK_STREAM 流式套接字 或 SOCK_DGRAM 数据报套接字，Socket接口还定义了原始Socket（SOCK_RAW），允许程序使用低层协议；
• protocol通常赋值"0"。

Socket()调用返回一个整型socket描述符，你可以在后面 的调用使用它。

使用socket的方法

下图是面向连接客户–服务器模型的典型时序图

服务器　　　　　　　　　　　　　　 客户

socket()　　　　　　　　　　　　　　socket()

bind()　　　　　　　　　　　　　　 bind()

listen()

accept()　　 等待客户连接请求

阻塞 <━━━━━━━━━━━━━━━ connect()

read() <━━━━━━━━━━━━━━━> write()

1、创建socket

使用套接字函数socket创建，不过传递的参数与网络套接字不同，它会在内核创建一个struct socket实例。域参数应该是PF_LOCAL或者PF_UNIX，而不能用PF_INET之类。本地套接字的通讯类型应该是SOCK_STREAM或SOCK_DGRAM，协议为默认协议。该系统调用的返回值是一个socketid，protocol参数一般为0，表示默认协议。

#include 
int socket (int domain,int type, int protocol);
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实际不止下面这些参数，在《UNIX网络编程》中介绍到可以访问ICMP、IP链路层的分组等可设置其它参数。

domain可选参数：AF 表示ADDRESS FAMILY 地址族、PF 表示PROTOCL FAMILY 协议族

在windows中，AF_INET与PF_INET完全一样，而在Unix/Linux系统中，在不同的版本中这两者有微小差别。对于BSD，是AF，对于POSIX是PF**。理论上，建立socket时是指定协议，应该用PF_XXXX，设置地址时应该用AF_XXXX。**

type类型可选参数：

2、指定本地地址–绑定

将本地socket地址与所创建的socket联系起来，即将本socket地址赋予socket。bind()的作用相当于给socket命名不同于网络套接字的绑定。本地套接字的绑定的是struct sockaddr_un结构。struct sockaddr_un结构有两个参数：sun_family、sun_path。sun_family只能是AF_LOCAL或AF_UNIX，而sun_path是本地文件的路径。通常将文件放在/tmp目录下。bind时需要注意：

• 绑定时，要注意绑定的地址的文件必须是系统中不存在的文件，且使用绝对路径
• 绑定的地址中的文件的访问权限最好是0777，然后按照当前umask进行修正

例如：

struct sockaddr_un sun;
sun.sun_family = AF_LOCAL;
strcpy(sun.sun_path, filepath);


#include 

//设置本端IP地址和端口
int bind (int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t len);

//获取任何套接字本端IP地址和端口
int getsockname(int sockfd, struct sockaddr *restrict addr, 
                socklen_t *restrict alenp);

//获取套接字上远端IP地址和端口
int getpeername(int sockfd, struct sockaddr *restrict addr,
               socklen_t *restrict alenp);
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3、建立socket连接

connect() 与 accept()这两个系统调用用于完成整个相关的建立。connect用于建立连接，accept用于面向连接的服务器。连接到一个正在监听的套接字之前，同样需要填充struct sockaddr_un结构，然后调用connect函数。

//客户端
#include 

//无连接的协议SOCK_DGRAM也可以使用它，这样就不用每次发送数据时指定IP地址；
int connect (int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t len);
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• sockfd：调用socket()返回的fd；
• addr: 指向对方socket地址(信宿地址)结构的指针；

//服务端

#include 

/*
参数：backlog指定内核处于三次握手或者三次握手已经完成的连接队列大小;如果队列慢了将不会接受新的连接
    DOS攻击就是使用大量SYN分解把这个队列占满，导致正常连接无法进行；
说明：启动这个函数后，即使你不调用accept客户端也能完成三次握手
*/
int listen(int sockfd, int backlog);

/*
说明：从已经完成三次握手的队列取出套接字，完成内核TCP状态的切换SYN_RCV--->ESTABLISHED
*/
int accept (int sockfd, struct sockaddr *restrict addr,
           socklen_t *restrict len);
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4、发送数据 ---- write(),writev(),send()与sendto(),sendmsg()

用于socket数据发送的系统调用一共有五个，其中三个，write()、writev()和send()用于面向连接传输，其余两个用于无连接传输。面向连接的调用可以不指定信宿地址，而无连接的调用必须指定。假如无连接socket的双方均调用过connect()，可以认为是建立有连接的socket，也可以面向连接调用发送数据。

三个面向连接调用三者的格式大致相同:

• write (sockid,buff,bufflen) : 缓冲发送
• writev (sockid,iovector,vectorlen) : 集中发送
• send (sockid,buff,bufflen,flags) : 可控缓冲发送

其中buff指向发送缓冲区的指针，bufflen是发送缓冲区大小。

用于无连接数据发送的调用有两个:

• sendto (sockid,buff,bufflen,flags,dsadd,addrlen)
• sendmsg (sockid,message,flags):可控集中无连接发送

#include 

/*这个函数参数跟write功能类似，但增加了一个flag参数；这个函数执行成功代表仅
仅将数据写入网卡驱动发送队列，而不是对方成功接收；
*/
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flag);

//可以在无连接的套接字上发送数据；对于有连接的套接字，目标地址会被忽略
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t nbytes, int flag,
              const struct sockaddr *destaddr, socklen_t len);

//下面这个发送函数可以指定多个缓冲区，与writev相似;它也面向无连接套接字
ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flag);
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5、接收数据 ---- read(),readv(),recv()与recvfrom(),recvmsg()

接收数据与发送数据系统调用是一一对应的，两者参数的最大区别是，前者buffer是一个指针，其所指单元初值为欲读数据长度，调用后的值是实际读出的值。

#include 

//面向连接的套接字接收，类似read，但是多了个参数flag，可以接收特殊TCP数据
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t nbytes, int flag);

//accept可以在连接时得到连接者的原地址，recvfrom可以在接收是同时得到发送者的原地址;
//对于有连接的套接字，等同于recv
ssize_t recvfrom (int sockfd, void *restrict buf, size_t len, int flag,
                 struct sockaddr *restrict add,
                 socklen_t *restrict addrlen);

/*
功能：同时接收到多个数据报
返回值：返回数据的字节长度；若无可用数据，对方已经结束返回0，否则返回-1表示错误；
*/
ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flag);
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6、关闭socket

因为套接字是双工通信，所以可以单独关闭读或者写端，类似双工管道。

/*
功能：半关闭
参数：how
    SHUT_RD
    SHUT_WR
    SHUT_RDWR
*/
#include 
int shutdown (int sockfd, int how);

//可以关闭linux所有文件描述符
int close(int sockfd);

//同时关闭套接字的读写两端
int closesocket(int sockfd);
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7、socket设置

套接字选项是进阶必备的知识，比如立即重用服务器监听端口、调整TCP窗口大小。各个协议的详细选项参加《UNIX网络编程》的150页。

#include 

/*
功能：设置套接字选项
参数说明：
    level 协议层次IPPROT_TCP/IPPROT_IP
    option 选项
    val 选项对应的值
    len 值的字节长度
*/
int setsockopt(int sockfd, int level, int option,const void* val,
              socklen_t len);

int getsockopt(int sockfd, int level, int option, const void* val,
              socklen_t *restrict lenp);
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本地socket和网络socket的区别：

• 域套接字关联的路径名应该是一个绝对路径名，千万不能使用相对路径名

• 调用connect连接一个域套接字设计的权限测试等同于调用open以只写方式访问相应的路径名

• 如果对于某个域套接字的connect调用发现这个监听套接字的队列已满，调用就立即返回一个ECONNREFUSED错误。

参考链接：

https://blog.csdn.net/qq_37414405/article/details/83690447

网络编程探究

并发模型参考：