【Linux网络编程】基础API

总结《Linux高性能服务器编程》第5章

第五章 Linux网络编程基础API

socket地址API

• socket最开始的含义是一个IP地址和端口对（ip，port），它唯一地表示了使用TCP通信的一端；

• 主机字节序和网络字节序

  • 字节序分为大端字节序/网络字节序（big endian）和小端字节序/主机字节序（little endian）；

  • 大端字节序是指一个整数的高位字节（23～31 bit）存储在内存的低地址处，低位字节（0
    ～7 bit）存储在内存的高地址处；

  • Linux提供了如下4个函数来完成主机字节序和网络字节序之间的转换

    #include＜netinet/in.h＞
    unsigned long int htonl(unsigned long int hostlong);
    unsigned short int htons(unsigned short int hostshort);
    unsigned long int ntohl(unsigned long int netlong);
    unsigned short int ntohs(unsigned short int netshort);
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• 通用socket地址

  • socket网络编程接口中表示socket地址的是结构体sockaddr以及sockaddr_storage；

    #include＜bits/socket.h＞
    struct sockaddr
    {
    sa_family_t sa_family; //地址族类型（sa_family_t）的变量,与协议族类型对应
    char sa_data[14]; //存放socket地址值
    }
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• 专用socket地址

  • UNIX本地域协议族：结构体sockaddr_un；
  • TCP/IP协议族：结构体sockaddr_in和sockaddr_in6；
  • 所有专用socket地址（以及sockaddr_storage）类型的变量在实际使用时都需要转化为通用socket地址类型sockaddr；

• IP地址转换函数

  • 将用点分十进制字符串表示的IPv4地址转化为用网络字节序整数表示的IPv4地址：

    in_addr_t inet_addr(const char*strptr);
    int inet_aton(const char*cp, struct in_addr*inp);
    int inet_pton(int af,const char*src, void*dst);
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  • 将用网络字节序整数表示的IPv4地址转化为用点分十进制字符串表示的IPv4地址：

    char*inet_ntoa(struct in_addr in);
    const char*inet_ntop(int af, const void*src, char*dst, socklen_t cnt);
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创建socket

• Linux中，所有东西都是文件，socket也是可读、可写、可控制、可关闭的文件描述符；

• 使用socket系统调用可创建一个socket

  #include＜sys/types.h＞
  #include＜sys/socket.h＞
  int socket(int domain,int type,int protocol);
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  • domain参数告诉系统使用哪个底层协议族：PF_INET、PF_INET6、PF_UNIX；
  • type参数指定服务类型：SOCK_STREAM、SOCK_UGRAM；
  • protocol参数是在前两个参数构成的协议集合下，再选择一个具体的协议，默认设置为0；

命名socket

• 将一个socket与socket地址绑定称为给socket命名，系统调用是bind

  #include＜sys/types.h＞
  #include＜sys/socket.h＞
  int bind(int sockfd, const struct sockaddr*my_addr, socklen_t addrlen);
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  • bind将my_addr所指的socket地址分配给未命名的sockfd文件描述符；
  • 绑定时两种常见错误：
    • EACCES，被绑定的地址是受保护的地址，仅超级用户能够访问；
    • EADDRINUSE，被绑定的地址正在使用中；

监听socket

• 服务器通过listen调用来被动接受连接；

• 使用listen系统调用创建监听队列以存放待处理的客户连接

  #include＜sys/socket.h＞
  int listen(int sockfd,int backlog);
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  • sockfd参数指定被监听的socket，backlog参数提示内核监听队列的最大长度，监听队列的长度如果超过backlog，服务器将不受理新的客户连接；

接受连接

• accept系统调用从listen监听队列中接受一个连接

  #include＜sys/types.h＞
  #include＜sys/socket.h＞
  int accept(int sockfd, struct sockaddr*addr, socklen_t*addrlen);
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发起连接

• 客户端需要通过connect系统调主动与服务器建立连接；

  #include＜sys/types.h＞
  #include＜sys/socket.h＞
  int connect(int sockfd, const struct sockaddr* serv_addr, socklen_t addrlen);
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  • 连接时两种常见错误：
    • ECONNREFUSED，目标端口不存在，连接被拒绝；
    • ETIMEDOUT，连接超时；

关闭连接

• 关闭该连接对应的socket；

• 通过关闭普通文件描述符的系统调用来完成；

  #include＜unistd.h＞
  int close(int fd);
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  • fd：file describeter，文件描述符
  • 每次将fd的引用计数减1，只有当fd的引用计数为0时，才真正关闭连接；

• 无论如何都要立即终止连接，使用shutdown系统调用

  #include＜sys/socket.h＞
  int shutdown(int sockfd,int howto);
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数据读写

• TCP数据读写

  • 对文件的读写操作read和write同样适用于socket；

  • socket编程接口提供了专用于socket数据读写的系统调用：

    #include＜sys/types.h＞
    #include＜sys/socket.h＞
    ssize_t recv(int sockfd,void*buf,size_t len,int flags);
    ssize_t send(int sockfd,const void*buf,size_t len,int flags);
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• UDP数据读写

  • socket编程接口中用于UDP数据报读写的系统调用

    #include＜sys/types.h＞
    #include＜sys/socket.h＞
    ssize_t recvfrom(int sockfd, void*buf, size_t len, int flags, struct sockaddr* src_addr, socklen_t* addrlen);
    ssize_t sendto(int sockfd,const void*buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr* dest_addr, socklen_t addrlen);
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• 通用数据读写函数

  • TCP流数据/UDP数据报均可以使用

    #include＜sys/socket.h＞
    ssize_t recvmsg(int sockfd,struct msghdr*msg,int flags);
    ssize_t sendmsg(int sockfd,struct msghdr*msg,int flags);
    
    //msg参数是msghdr结构体类型的指针
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带外标记

• 内核通知应用程序带外数据到达的两种常见方式：I/O复用产生的异常事件和SIGURG信号;

• 使用sockatmark系统调用判断sockfd是否处于带外标记，即下一个被读取到的数据是否是带外数据

  #include＜sys/socket.h＞
  int sockatmark(int sockfd);
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地址信息函数

• 获取一个连接socket的本端以及远端的socket地址

  #include＜sys/socket.h＞
  int getsockname(int sockfd, struct sockaddr*address, socklen_t* address_len);
  int getpeername(int sockfd, struct sockaddr*address, socklen_t* address_len);
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socket选项

• 读取和设置socket文件描述符属性的方法

  #include＜sys/socket.h＞
  int getsockopt(int sockfd,int level,int option_name, void* option_value, socklen_t* restrict option_len);
  int setsockopt(int sockfd,int level, int option_name, const void* option_value, socklen_t option_len);
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  • 常用socket选项

  

网络信息API

• socket地址的两个要素，即IP地址和端口号，都是用数值表示的，不便于记忆和扩展；

• 可用使用网络信息API实现主机名到IP地址的转换等功能；

• 获取主机的完整信息

  #include＜netdb.h＞
  struct hostent* gethostbyname(const char*name);
  struct hostent* gethostbyaddr(const void*addr, size_t len,int type);
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  • gethostbyname：根据主机名称获取主机的完整信息；
  • gethostbyaddr：根据IP地址获取主机的完整信息；

• 获取主机的完整信息

  #include＜netdb.h＞
  struct servent* getservbyname(const char*name, const char*proto);
  struct servent* getservbyport(int port, const char*proto);
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  • getservbyname：根据名称获取某个服务的完整信息；
  • getservbyport：根据端口号获取某个服务的完整信息；

• getaddrinfo

  #include＜netdb.h＞
  int getaddrinfo(const char*hostname, const char*service,const
  struct addrinfo* hints, struct addrinfo** result);
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  • 既能通过主机名获得IP地址，也能通过服务器名获得端口号；

• getnameinfo

  #include＜netdb.h＞
  int getnameinfo(const struct sockaddr*sockaddr,socklen_t addrlen, char*host, socklen_t hostlen, char*serv, socklen_t servlen, int flags);
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  • 通过socket地址同时获得以字符串表示的主机名和服务器名；