-
Linux高性能服务器编程——ch5笔记
第5章 Linux网络编程基础API
5.1 socket地址API
主机字节序（小端字节序）：整数的高位字节存储在内存的高地址处，而低位字节则存储在内存的低地址处。
网络字节序（大端字节序）：相反。void byteorder() { union{ short value; char union_bytes[sizeof(short)]; }test; test.value = 0x0102; if ((test.union_bytes[0] == 1) && (test.union_bytes[1] == 2)) { printf("big endian\n"); } else if ((test.union_bytes[0] == 2) && (test.union_bytes[1] == 1)) { printf("little endian\n"); } else { printf("unknown...\n"); } }- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
主机字节序和网络字节序之间的转换：发送端总是把要发送的数据转化成大端字节序数据后发送。（函数：htonl、htons、ntohl、ntohs）host to network long(short)
#include//是内存对齐的 struct sockaddr_storage { sa_family_t sa_family; //地址族类型的变量 unsigned long int __ss_align; //内存对齐 char __ss_padding[128-sizeof(__ss_align)]; //socket地址值 } - 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
#includestruct sockaddr_un { sa_family_t sin_family; //地址族：AF_UNIX char sun_path[108]; //文件路径名 }; - 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
struct sockaddr_in { sa_family_t sin_family; //地址族：AF_INET u_int16_t sin_port; //端口号，网络字节序 struct in_addr sin_addr; //IPv4地址结构体 }; struct in_addr { u_int32_t s_addr; //IPv4地址，网路字节序 };- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
struct sockaddr_in6 { sa_family_t sin6_family; //地址族：AF_INET6 u_int16_t sin6_port; //端口号，网络字节序 u_int32_t sin6_flowinfo; //流信息，设置为0 struct in6_addr sin6_addr; //IPv6地址结构体 u_int32_t sin6_scope_id; //scope ID }; struct in6_addr { unsigned char sa_addr[16]; //IPv6地址，网路字节序 };- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
函数：inet_addr（点分十进制v4地址转化为网络字节序整数表示的v4地址）、inet_aton（与上一个一样，但结果转储在参数inp指向的地址中）、inet_ntoa（网络字节序表示的v4转化为点分十进制，不可重入）、inet_pton（适用v4和v6，网络字节序转储在参数dst指向的内存中）、inet_ntop（适用v4和v6，相反）
5.2 创建socket
socket就是可读、可写、可控制、可关闭的文件描述符（int）。
#include#include int socket(int domain, int type, int protocol); /* ** domain:底层协议族 ** type:服务类型，SOCK_STREAM（TCP流服务）、SOCK_UGRAM（UDP数据报服务） ** protocol:0，表示默认协议 */ - 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
5.3 命名socket
命名：将一个socket与socket地址绑定。bind函数。
服务器中需要，客户端不需要，而是采用匿名，即使用OS自动分配的socket地址。5.4 监听socket
listen函数：创建一个监听队列以存放待处理的客户连接。客户端被动连接。
#include#include #include #include #include #include #include #include #include static bool stop = false; /* SIGTERM信号的处理函数，触发时结束主程序中的循环 */ static void handle_term(int sig) { stop = true; } int main(int argc, char **argv) { signal(SIGTERM, handle_term); if (argc < 4) { printf("usage: %s ip_address port_number backlog\n", basename(argv[0])); return 1; } const char *ip = argv[1]; //IP地址 int port = atoi(argv[2]); //端口号 int backlog = atoi(argv[3]); //backlog值，内核监听队列的最大长度 int sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0); assert(sock >= 0); /* 创建一个IPv4 socket地址 */ struct sockaddr_in address; bzero(&address, sizeof(address)); address.sin_family = AF_INET; inet_pton(AF_INET, ip, &address.sin_addr); address.sin_port = htons(port); int ret = bind(sock, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)); assert(ret != -1); ret = listen(sock, backlog); assert(ret != -1); /* 循环等待连接， 查到有SIGTERM信号将它中断 */ while(!stop) { sleep(1); } /* 关闭socket */ close(sock); return 0; } - 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26
- 27
- 28
- 29
- 30
- 31
- 32
- 33
- 34
- 35
- 36
- 37
- 38
- 39
- 40
- 41
- 42
- 43
- 44
- 45
- 46
- 47
- 48
- 49
- 50
- 51
- 52
- 53
- 54
- 55
- 56
- 57
- 58
- 59
- 60
监听队列中完整连接的上限通常比 backlog 值略大。
5.5 接受连接
accept函数。
#include#include #include #include #include #include #include #include #include int main(int argc, char *argv[]) { if (argc < 2){ printf("usage: %s ip_address port_number!\n", basename(argv[0])); return 1; } const char *ip = argv[1]; int port = atoi(argv[2]); int sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0); assert(sock >= 0); struct sockaddr_in address; bzero(&address, sizeof(address)); address.sin_family = AF_INET; inet_pton(AF_INET, ip, &address.sin_addr); address.sin_port = htons(port); int ret = bind(sock, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)); assert(ret != -1); ret = listen(sock, 5); assert(ret != -1); /* 暂停20秒以等待客户端连接和相关操作(掉线或者退出)完成 */ sleep(20); struct sockaddr_in client; socklen_t client_addrlength = sizeof(client); int connfd = accept(sock, (struct sockaddr *)&client, &client_addrlength); if (connfd < 0) { printf("errno is: %d\n", errno); } else { /* 接受连接成功则打印客户端的IP地址和端口号 */ char remote[INET_ADDRSTRLEN]; printf("connected with ip: %s and port: %d\n", inet_ntop(AF_INET, &client.sin_addr, remote, INET_ADDRSTRLEN), ntohs(client.sin_port)); close(connfd); } close(sock); return 0; } - 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26
- 27
- 28
- 29
- 30
- 31
- 32
- 33
- 34
- 35
- 36
- 37
- 38
- 39
- 40
- 41
- 42
- 43
- 44
- 45
- 46
- 47
- 48
- 49
- 50
- 51
- 52
- 53
- 54
- 55
- 56
accept只是从监听队列中取出连接，而不论连接处于何种状态 (如上面的ESTABLISHED 状态和 CLOSE_WAIT 状态），更不关心任何网络状况的变化。
5.6 发起连接
客户端通过connect函数主动与服务器建立连接。
5.7 关闭连接
关闭该连接对应的socket。
close函数：将参数fd的引用计数减1，为0才是真正关闭。多进程程序中，一次fork默认使父进程中打开的socket的引用计数加1。读写同时关闭。
shutdown函数：分别关闭socket上的读或写，或者都关闭。5.8 数据读写
TCP数据读写：recv（可能要多次调用才能读取完整数据）、send（写入数据）
#include#include #include #include #include #include #include #include int main(int argc, char *argv[]) { if (argc <= 2) { printf("usage: %s ip_address port_number\n", basename(argv[0])); return 1; } const char *ip = argv[1]; int port = atoi(argv[2]); struct sockaddr_in server_address; bzero(&server_address, sizeof(server_address)); server_address.sin_family = AF_INET; inet_pton(AF_INET, ip, &server_address.sin_addr); server_address.sin_port = htons(port); int sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0); assert(sockfd >= 0); if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&server_address, sizeof(server_address)) > 0) { printf("connection failed\n"); } else { const char *oob_data = "abc"; const char *normal_data = "123"; send(sockfd, normal_data, strlen(normal_data), 0); send(sockfd, oob_data, strlen(oob_data), MSG_OOB); //flags=MSG_OOB 带外数据 send(sockfd, normal_data, strlen(normal_data), 0); } close(sockfd); return 0; } - 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26
- 27
- 28
- 29
- 30
- 31
- 32
- 33
- 34
- 35
- 36
- 37
- 38
- 39
- 40
- 41
- 42
- 43
- 44
#include#include #include #include #include #include #include #include #include #define BUF_SIZE 1024 int main(int argc, char *argv[]) { if (argc <= 2) { printf("usage: %s ip_address port_number\n", basename(argv[0])); return 1; } const char *ip = argv[1]; int port = atoi(argv[2]); struct sockaddr_in address; bzero(&address, sizeof(address)); address.sin_family = AF_INET; inet_pton(AF_INET, ip, &address.sin_addr); address.sin_port = htons(port); int sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0); assert(sock); int ret = bind(sock, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)); assert(ret != -1); ret = listen(sock, 5); assert(ret != -1); struct sockaddr_in client; socklen_t client_addrlength = sizeof(client); int connfd = accept(sock, (struct sockaddr *)&client, &client_addrlength); if (connfd < 0) { printf("errno is : %d\n", errno); } else { char buffer[BUF_SIZE]; memset(buffer, '\0', BUF_SIZE); ret = recv(connfd, buffer, BUF_SIZE - 1, 0); printf("got %d bytes of normal data '%s'\n", ret, buffer); memset(buffer, '\0', BUF_SIZE); ret = recv(connfd, buffer, BUF_SIZE - 1, MSG_OOB); //flags=MSG_OOB 带外数据 printf("got %d bytes of oob data '%s'\n", ret, buffer); memset(buffer, '\0', BUF_SIZE); ret = recv(connfd, buffer, BUF_SIZE - 1, 0); printf("got %d bytes of normal data '%s'\n", ret, buffer); memset(buffer, '\0', BUF_SIZE); ret = recv(connfd, buffer, BUF_SIZE - 1, 0); printf("got %d bytes of normal data '%s'\n", ret, buffer); close(connfd); } close(sock); return 0; } - 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26
- 27
- 28
- 29
- 30
- 31
- 32
- 33
- 34
- 35
- 36
- 37
- 38
- 39
- 40
- 41
- 42
- 43
- 44
- 45
- 46
- 47
- 48
- 49
- 50
- 51
- 52
- 53
- 54
- 55
- 56
- 57
- 58
- 59
- 60
- 61
- 62
- 63
- 64
- 65
- 66
- 67
- 68
- 69
UDP数据读写：recvfrom（UDP通信没有连接的概念，每次读取数据都要获取发送端的socket地址）、sendto（写入数据）。
通用数据读写函数：recvmsg（数据将被读取并存放在msg_iovlen块分散的内存，称为分散读）、sendmsg（msg_iovlen块分散内存中的数据将被一并发送，称为集中写）。5.9 带外标记
内核检测到TCP紧急标志，然后通知应用程序带外数据到达的两种常见方式是：I/O复用产生的异常事件和SIGURG信号。应用程序通过sockatmark函数得到带外数据在数据流中的具体位置。
5.10 地址信息函数
getsockname：获取sockfd对应的本端socket地址，存储与参数指定的内存中。
getpeername：获取远端socket地址。5.11 socket选项
读取和设置socket文件描述符属性：getsockopt、setsockopt。
对服务器而言，部分socket选项（在TCP同步报文段中设置）只能在调用listen（listen监听队列中的连接至少是SYN_RCVD状态，三次握手前两步至少已经完成，同步报文段已发出）之前设置才有效。
对客户端而言，部分socket选项应该在connect之前设置。#include#include #include #include #include #include #include #include #include int main(int argc, char *argv[]) { if (argc <= 2) { printf("usage: %s ip_address port_number\n", basename(argv[0])); return 1; } const char *ip = argv[1]; int port = atoi(argv[2]); int sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0); assert(sock); int reuse = 1; //即使 sock 处于 TIME_WAIT 状态，与之绑定的 socket 地址也可以立即被重用 setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse)); struct sockaddr_in address; bzero(&address, sizeof(address)); address.sin_family = AF_INET; inet_pton(AF_INET, ip, &address.sin_addr); address.sin_port = htons(port); int ret = bind(sock, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)); assert(ret != -1); ret = listen(sock, 5); assert(ret != -1); struct sockaddr_in client; socklen_t client_addrlength = sizeof(client); int connfd = accept(sock, (struct sockaddr *)&client, &client_addrlength); if (connfd < 0) { printf("errno is %d\n", errno); } else { char remote[INET_ADDRSTRLEN]; printf("connected with ip: %s and port: %d\n", inet_ntop(AF_INET, &client.sin_addr, remote, INET_ADDRSTRLEN), ntohs(client.sin_port)); close(connfd); } close(sock); return 0; } - 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26
- 27
- 28
- 29
- 30
- 31
- 32
- 33
- 34
- 35
- 36
- 37
- 38
- 39
- 40
- 41
- 42
- 43
- 44
- 45
- 46
- 47
- 48
- 49
- 50
- 51
- 52
- 53
#include#include #include #include #include #include #include #define BUFFER_SIZE 512 int main(int argc, char *argv[]) { if (argc <= 2) { printf("usage: %s ip_address port_number send_buffer_size\n", basename(argv[0])); return 1; } const char *ip = argv[1]; int port = atoi(argv[2]); struct sockaddr_in server_address; bzero(&server_address, sizeof(server_address)); server_address.sin_family = AF_INET; inet_pton(AF_INET, ip, &server_address.sin_addr); server_address.sin_port = htons(port); int sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0); assert(sock >= 0); int sendbuf = atoi(argv[3]); int len = sizeof(sendbuf); /* 先设置TCP发送缓冲区的大小，然后立即读取之 */ setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, &sendbuf, sizeof(sendbuf)); getsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, &sendbuf, (socklen_t *)&len); printf("the tcp send buffer size after setting is %d\n", sendbuf); if(connect(sock, (struct sockaddr *)&server_address, sizeof( server_address)) != -1) { char buffer[BUFFER_SIZE]; memset(buffer, 'a', BUFFER_SIZE); send(sock, buffer, BUFFER_SIZE, 0); } close(sock); return 0; } - 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26
- 27
- 28
- 29
- 30
- 31
- 32
- 33
- 34
- 35
- 36
- 37
- 38
- 39
- 40
- 41
- 42
- 43
- 44
- 45
- 46
- 47
- 48
- 49
- 50
#include#include #include #include #include #include #include #include #include #define BUFFER_SIZE 1024 int main(int argc, char *argv[]) { if (argc <= 2) { printf("usage: %s ip_address port_number recv_buffer_size\n", basename(argv[0])); return 1; } const char *ip = argv[1]; int port = atoi(argv[2]); struct sockaddr_in address; bzero(&address, sizeof(address)); address.sin_family = AF_INET; inet_pton(AF_INET, ip, &address.sin_addr); address.sin_port = htons(port); int sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0); assert(sock >- 0); int recvbuf = atoi(argv[3]); int len = sizeof(recvbuf); /* 先设置TCP接受缓冲区的大小，然后立即读取之 */ setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &recvbuf, sizeof(recvbuf)); getsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &recvbuf, (socklen_t *)&len); printf("the tcp receive buffer size after setting is %d\n", recvbuf); int ret = bind(sock, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)); assert(ret != -1); ret = listen(sock, 5); assert(ret != -1); struct sockaddr_in client; socklen_t client_addrlength = sizeof(client); int connfd = accept(sock, (struct sockaddr *)&client, &client_addrlength); if (connfd < 0) { printf("errno is %d\n", errno); } else { char buffer[BUFFER_SIZE]; memset(buffer, '\0', BUFFER_SIZE); while(recv(connfd, buffer, BUFFER_SIZE - 1, 0) > 0) {} close(connfd); } close(sock); return 0; } - 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26
- 27
- 28
- 29
- 30
- 31
- 32
- 33
- 34
- 35
- 36
- 37
- 38
- 39
- 40
- 41
- 42
- 43
- 44
- 45
- 46
- 47
- 48
- 49
- 50
- 51
- 52
- 53
- 54
- 55
- 56
- 57
- 58
- 59
- 60
- 61
- 62
setsockopt设置缓冲区大小时，系统会将其值加倍，且TCP接收缓冲区最小值为256字节，发送缓冲区最小值为2048字节。
SO_RCVLOWAT 和 SO_SNDLOWAT 选项分别表示TCP接收缓冲区和发送缓冲区的低水位标记。它们一般被I/O复用系统调用，来判断socket是否可读或可写。默认1字节。
SO_LINGER 选项用于控制 close 系统调用在关闭TCP连接时的行为。默认情况下，当我们使用 close 来关闭一个socket时，close 将立即返回，TCP模块负责把该 socket对应的TCP发送缓冲区中残留的数据发送给对方。5.12 网络信息API
socket地址由IP地址和端口号组成，不便于扩展，可以用主机名代替IP地址，用服务名称代替端口号。
gethostbyname：根据主机名称获取主机完整信息。
gethostbyaddr：根据IP地址获取主机完整信息。
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。
四个函数均不可重入，即非线程安全。尾部加_r是可重入版本。#include#include #include #include #include #include int main(int argc, char *argv[]) { assert(argc == 2); char *host = argv[1]; /* 获取目标主机地址信息 */ struct hostent *hostinfo = gethostbyname(host); assert(hostinfo); /* 获取daytime服务信息 */ struct servent *servinfo = getservbyname("daytime", "tcp"); assert(servinfo); printf("daytime port is :%d\n", ntohs(servinfo->s_port)); struct sockaddr_in address; address.sin_family = AF_INET; address.sin_port = servinfo->s_port; /* 注意下面的代码，因为h_addr_list本身使用网络字节序的地址列表，所以使用其中的IP * 地址时，无需对目标IP地址转换字节序 */ address.sin_addr = *(struct in_addr *)*hostinfo->h_addr_list; int sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0); int result = connect(sockfd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)); assert(result != -1); char buffer[128]; result = read(sockfd, buffer, sizeof(buffer)); assert(result > 0); buffer[result] = '\0'; printf("the day time is : %s\n", buffer); close(sockfd); return 0; } - 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26
- 27
- 28
- 29
- 30
- 31
- 32
- 33
- 34
- 35
- 36
- 37
- 38
- 39
- 40
- 41
- 42
getaddrinfo：通过主机名获得IP地址（内部使用的是 gethostbyname 函数），也能通过服务名获得端口号（内部使用的是 getservbyname 函数)。它是否可重人取决于其内部调用的函数是否是它们的可重入版本。将隐式地分配堆内存，因为参数result指针（struct addrinfo*类型，指向链表，存储结果）原本是没有指向一块合法内存的，调用结束后，必须使用 freeaddrinfo 函数来释放这块内存。
getnameinfo：通过socket地址同时获得以字符串表示的主机名（内部使用的是gethostbyaddr 函数）和服务名（内部使用的是 getservbyport 函数），它是否可重入取决于其内部函数是否是它们的可重入版本。 -
相关阅读:
十、ThreadLocal
Android TV 桌面图标闪
C++基础
JAVA继承
内核动态打印
信息化发展47
如何写好软件任务书
国产MCU芯片（2）：东软MCU概览
[vulnhub] Matrix:1
C++ 线段树的实现总结
- 原文地址：https://blog.csdn.net/qq_43680965/article/details/133942837
