socket编程

socket的概念

Socket（套接字）是计算机网络编程中的一个基本概念，它为应用程序提供了访问底层网络协议的接口，使得进程间能够通过网络进行通信。在更广泛的意义上，Socket 是操作系统提供的一个抽象层，用于简化网络编程并隐藏复杂的网络协议细节。

Socket 是两个进程间通信的端点，每个 Socket 都有唯一的地址，这个地址包括 IP 地址和端口号。IP 地址用于定位网络上的主机，而端口号则用于区分同一台主机上的不同服务。

socket的类型

socket 可以分为几种类型，主要依据它们支持的协议和通信模式：

流式 Socket (SOCK_STREAM)： 基于 TCP 协议，提供面向连接的服务，保证数据的顺序传输，且不会丢失数据。
数据报 Socket (SOCK_DGRAM)： 基于 UDP 协议，提供无连接服务，数据报文独立传输，不保证数据的顺序和完整性，但传输效率较高。
原始 Socket (SOCK_RAW)： 直接访问 IP 层，允许应用程序直接处理 IP 数据包，常用于网络分析或特殊用途的软件。

socket提供的函数

socket() 创建一个新的确定类型的套接字，类型用一个整型数值标识，并为它分配系统资源。
bind() 一般用于服务器端，将一个套接字与一个套接字地址结构相关联，比如，一个指定的本地端口和IP地址。
listen() 用于服务器端，使一个绑定的TCP套接字进入监听状态。
connect()用于客户端，为一个套接字分配一个自由的本地端口号。如果是TCP套接字的话，它会试图获得一个新的TCP连接。
accept()用于服务器端。它接受一个从远端客户端发出的创建一个新的TCP连接的接入请求，创建一个新的套接字，与该连接相应的套接字地址相关联。
send()和recv(),或者write()和read(),或者recvfrom()和sendto(),用于往/从远程套接字发送和接受数据。
close()用于系统释放分配给一个套接字的资源。如果是TCP，连接会被中断。
gethostbyname()和`gethostbyaddr()
select()用于修整有如下情况的套接字列表：准备读，准备写或者是有错误。
poll()用于检查套接字的状态。套接字可以被测试，看是否可以写入、读取或是有错误。
getsockopt()用于查询指定的套接字一个特定的套接字选项的当前值。
setsockopt()用于为指定的套接字设定一个特定的套接字选项。

1. `socket()`

作用：创建一个新的 Socket。
参数：
- int domain：地址族，如 AF_INET（IPv4）或 AF_INET6（IPv6）。
- int type：Socket 类型，如 SOCK_STREAM（面向连接，流式）或 SOCK_DGRAM（无连接，数据报）。
- int protocol：协议，通常是 0，表示使用与 type 关联的默认协议。

2. `bind()`

作用：将 Socket 与本地地址（IP 地址和端口号）相关联。
参数：
- int sockfd：Socket 文件描述符。
- const struct sockaddr *addr：指向包含地址信息的 sockaddr 结构体的指针。
- socklen_t addrlen：sockaddr 结构体的长度。

3. `listen()`

作用：使 Socket 准备接收连接，通常用于服务器端。
参数：
- int sockfd：Socket 文件描述符。
- int backlog：待处理连接请求的最大队列长度。

4. `accept()`

作用：接受传入的连接请求，并返回一个新的 Socket 文件描述符用于通信。
参数：
- int sockfd：监听的 Socket 文件描述符。
- struct sockaddr *addr：可选参数，用于存储客户端的地址信息。
- socklen_t *addrlen：可选参数，用于存储地址信息的长度。

5. `connect()`

作用：初始化与远程主机的连接，通常用于客户端。
参数：
- int sockfd：Socket 文件描述符。
- const struct sockaddr *addr：指向包含远程主机地址信息的 sockaddr 结构体的指针。
- socklen_t addrlen：sockaddr 结构体的长度。

6. `send()`

作用：发送数据到已连接的 Socket。
参数：
- int sockfd：Socket 文件描述符。
- const void *buf：指向要发送数据的缓冲区的指针。
- size_t len：要发送的数据长度。
- int flags：发送标志，如 MSG_DONTROUTE。

7. `recv()`

作用：从 Socket 接收数据。
参数：
- int sockfd：Socket 文件描述符。
- void *buf：接收数据的缓冲区。
- size_t len：缓冲区的大小。
- int flags：接收标志，如 MSG_PEEK。

8. `sendto()`

作用：向特定地址发送数据，通常用于无连接的 Socket（如 UDP）。
参数：与 send() 类似，额外包括目标地址和地址长度。

9. `recvfrom()`

作用：接收数据并返回源地址信息，通常用于无连接的 Socket（如 UDP）。
参数：与 recv() 类似，额外包括源地址信息和地址长度。

10. `close()`

作用：关闭 Socket 文件描述符，释放资源。
参数：
- int sockfd：要关闭的 Socket 文件描述符。

11. `setsockopt()`

作用：设置 Socket 的选项，如超时、重用地址等。
参数：
- int sockfd：Socket 文件描述符。
- int level：设置选项的级别，如 SOL_SOCKET 或 IPPROTO_TCP。
- int optname：选项名称。
- const void *optval：指向选项值的指针。
- socklen_t optlen：选项值的长度。

12. `getsockopt()`

作用：获取 Socket 的选项。
参数：与 setsockopt() 类似。

13. `shutdown()`

作用：关闭 Socket 的读取或写入方向。
参数：
- int sockfd：Socket 文件描述符。
- int how：关闭的方向，如 SHUT_RD（读取方向）或 SHUT_WR（写入方向）。

注意事项

使用 Socket 编程时，应确保正确处理错误情况，检查每个函数的返回值，并适当地处理任何错误代码。
对于某些函数，如 send() 和 recv()，如果在非阻塞模式下使用，可能需要处理 EAGAIN 或 EWOULDBLOCK 错误码，这表明操作无法立即完成。
在实际编程中，根据具体需求，可能还需要使用到其他函数，例如 select() 或 poll() 用于多路复用，或者 fork() 和 exec() 用于创建子进程处理连接。

TCP socket通信流程

服务器端流程如下：

创建服务器的socket
初始化sever_addr(服务器地址)
将socket和server_addr绑定 bind
开始监听listen
开一个循环保证服务器不会结束，不断的accept接入的客户端请求，进行读写操作write和read (send()和recv()也行)
关闭socket

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>

#define SERVER_PORT 10005
#define BUFFLEN 1024
#define BACLOG 10

// 创建新的socket，返回文件描述符
int create_socket() {
    int res = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    // NOTE: 如果想要使用UDP协议，只需要将SOCK_STREAM改为SOCK_DGRAM即可
    if (res < 0) {
        perror("create socket failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    printf("create socket successfully\n");
    return res;
}

// 初始化服务器地址信息
void initialize_address(struct sockaddr_in *server_addr) {
    memset(server_addr, 0, sizeof(*server_addr));
    server_addr->sin_family = AF_INET;
    // 监听所有可用地址
    server_addr->sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY);
    server_addr->sin_port = htons(SERVER_PORT);
}

// 绑定socket到指定的地址
void try_bind(int socket_fd, const struct sockaddr *server_addr) {
    if (bind(socket_fd, server_addr, sizeof(*server_addr)) < 0) {
        perror("bind failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    puts("bind successfully");
}

// 处理客户端请求
void process_client_request(int socket_client) {
    char send_buf[BUFFLEN] = {0};
    char recv_buf[BUFFLEN] = {0};

    // 发送的消息，以方便日后添加或修改
    snprintf(send_buf, BUFFLEN, "Hello, this is the server");

    while (1) {
        ssize_t num_read = read(socket_client, recv_buf, BUFFLEN);
        // 客户端断开连接，或读取失败
        if (num_read <= 0) {
            if (num_read == 0)
                puts("Client closed connection");
            else
                perror("read failed");
            return;
        }
        recv_buf[num_read] = '\0'; // 为接收的字符串添加结束字符

        printf("From Client: %s\n", recv_buf);

        if (strncmp(recv_buf, "exit", 4) == 0) { // 客户端请求退出
            // 修改发送的消息
            strcpy(send_buf, "bye!!!");
            // 返回消息给客户端
            write(socket_client, send_buf, strlen(send_buf));
            printf("Me(Server)：%s\n", send_buf);
            return;
        }

        // 向客户端写入发送缓冲区的内容
        if (write(socket_client, send_buf, strlen(send_buf)) < 0) {
            perror("write failed");
            return;
        }
        printf("Me(Server): %s\n", send_buf);

        // 清空接收缓冲区，准备下一次读取
        memset(recv_buf, 0, BUFFLEN);
    }
}

int main() {
    int socket_server = create_socket(); // 创建socket
    struct sockaddr_in server_addr; // 声明地址结构

    initialize_address(&server_addr); // 初始化地址结构
    try_bind(socket_server, (struct sockaddr*)&server_addr); // 绑定地址到socket

    // 开始监听连接请求，设定最大等待连接数量为BACLOG
    if (listen(socket_server, BACLOG) == -1) {
        perror("listen failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    puts("start listening");

    struct sockaddr_in client_addr;
    socklen_t client_addr_size = sizeof(client_addr);

    while (1) {
        // 初始化客户端地址结构
        memset(&client_addr, 0, sizeof(client_addr));
        // 接受新的连接请求
        int socket_client = accept(socket_server, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_addr_size);
        printf("Client %s:%d connected\n",
            inet_ntoa(client_addr.sin_addr), ntohs(client_addr.sin_port));
        if (socket_client < 0) {
            perror("receive failed");
            continue; // 尝试接受另一个连接
        }
        // 满足要求后开始处理客户端请求
        process_client_request(socket_client);
        close(socket_client); // 关闭客户端连接
    }

    // 正常情况下不会执行到这一步
    close(socket_server);
    return 0;
}

客户端流程如下：

创建客户端socket
初始化server_addr
连接到服务器connect
利用write和read进行读写操作 (send()和recv()也行)
关闭socket

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>

#define SERVER_PORT 10005
#define BUFFLEN 1024

/*
 * 创建套接字并返回其文件描述符
 * 如果创建失败，程序将以状态1退出
 */
int create_socket() {
    int sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sock_fd < 0) {
        perror("socket创建失败"); // 使用perror提供更多的错误信息
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    printf("socket create successfully\n");
    return sock_fd;
}

/*
 * 初始化服务器地址结构的函数
 */
void initialize_address(struct sockaddr_in *server_addr) {
    memset(server_addr, 0, sizeof(*server_addr));
    server_addr->sin_family = AF_INET;
    server_addr->sin_port = htons(SERVER_PORT);
    server_addr->sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.5.120"); // 服务器IP
}

/*
 * 建立到服务器的连接
 * 如果连接失败，程序将以状态1退出
 */
void connect_to_server(int socket_fd, const struct sockaddr *server_addr) {
    if (connect(socket_fd, server_addr, sizeof(*server_addr)) < 0) {
        perror("connection failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    printf("connection successful\n");
}

/*
 * 客户端程序开始的主函数
 */
int main() {
    int socket_fd = create_socket(); // 创建socket

    struct sockaddr_in server_addr;
    initialize_address(&server_addr); // 初始化服务器详细信息

    connect_to_server(socket_fd, (struct sockaddr*)&server_addr); // 连接到服务器

    char send_buf[BUFFLEN] = {0}; // 用于发送数据的缓冲区
    char recv_buf[BUFFLEN] = {0}; // 用于接收数据的缓冲区

    // 持续从用户获取输入并发送到服务器，直到从服务器接收到"bye!!!"
    while (fgets(send_buf, BUFFLEN, stdin)) {
        // 向服务器写入用户输入
        if (write(socket_fd, send_buf, strnlen(send_buf, BUFFLEN)) == -1) {
            perror("write failed");
            break;
        }
        printf("Me(Client):%s", send_buf); // 打印用户输入
        memset(send_buf, 0, BUFFLEN); // 清除发送缓冲区

        // 读取服务器的响应
        if (read(socket_fd, recv_buf, BUFFLEN) == -1) {
            perror("receive failed");
            break;
        }
        printf("Server:%s", recv_buf); // 打印服务器的响应
        if (strcmp(recv_buf, "bye!!!") == 0) {
            break;
        }
        memset(recv_buf, 0, BUFFLEN); // 清除接收缓冲区
    }

    close(socket_fd); // 关闭套接字
    return 0;
}

Raven's blog

socket的创建和连接

socket编程

socket的概念

socket的类型

socket提供的函数

1. `socket()`

2. `bind()`

3. `listen()`

4. `accept()`

5. `connect()`

6. `send()`

7. `recv()`

8. `sendto()`

9. `recvfrom()`

10. `close()`

11. `setsockopt()`

12. `getsockopt()`

13. `shutdown()`

注意事项

TCP socket通信流程

Raven's blog

socket的创建和连接

socket编程

socket的概念

socket的类型

socket提供的函数

1. socket()

2. bind()

3. listen()

4. accept()

5. connect()

6. send()

7. recv()

8. sendto()

9. recvfrom()

10. close()

11. setsockopt()

12. getsockopt()

13. shutdown()

注意事项

TCP socket通信流程

1. `socket()`

2. `bind()`

3. `listen()`

4. `accept()`

5. `connect()`

6. `send()`

7. `recv()`

8. `sendto()`

9. `recvfrom()`

10. `close()`

11. `setsockopt()`

12. `getsockopt()`

13. `shutdown()`