前面說到的進(jìn)程間的通信，所通信的進(jìn)程都是在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上的，而使用socket進(jìn)行通信的進(jìn)程可以是同一臺(tái)計(jì)算機(jī)的進(jìn)程，也是可以是通過網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)的不同計(jì)算機(jī)上的進(jìn)程。通常我們使用socket進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程，這里將會(huì)簡(jiǎn)單地講述如何使用socket進(jìn)行簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)編程。

一、什么是socket

socket，即套接字是一種通信機(jī)制，憑借這種機(jī)制，客戶/服務(wù)器（即要進(jìn)行通信的進(jìn)程）系統(tǒng)的開發(fā)工作既可以在本地單機(jī)上進(jìn)行，也可以跨網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行。也就是說它可以讓不在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)但通過網(wǎng)絡(luò)連接計(jì)算機(jī)上的進(jìn)程進(jìn)行通信。也因?yàn)檫@樣，套接字明確地將客戶端和服務(wù)器區(qū)分開來(lái)。

二、套接字的屬性

套接字的特性由3個(gè)屬性確定，它們分別是：域、類型和協(xié)議。

1、套接字的域

它指定套接字通信中使用的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)，最常見的套接字域是AF_INET，它指的是Internet網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)客戶使用套接字進(jìn)行跨網(wǎng)絡(luò)的連接時(shí)，它就需要用到服務(wù)器計(jì)算機(jī)的IP地址和端口來(lái)指定聯(lián)網(wǎng)機(jī)器上的某個(gè)特定服務(wù)，所以在使用socket作為通信的終點(diǎn)，服務(wù)器應(yīng)用程序必須在開始通信之前綁定一個(gè)端口，服務(wù)器在指定的端口等待客戶的連接。另一個(gè)域AF_UNIX表示UNIX文件系統(tǒng)，它就是文件輸入/輸出，而它的地址就是文件名。

2、套接字類型

因特網(wǎng)提供了兩種通信機(jī)制：流（stream）和數(shù)據(jù)報(bào)（datagram），因而套接字的類型也就分為流套接字和數(shù)據(jù)報(bào)套接字。這里主要講流套接字。

流套接字由類型SOCK_STREAM指定，它們是在AF_INET域中通過TCP/IP連接實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也是AF_UNIX中常用的套接字類型。流套接字提供的是一個(gè)有序、可靠、雙向字節(jié)流的連接，因此發(fā)送的數(shù)據(jù)可以確保不會(huì)丟失、重復(fù)或亂序到達(dá)，而且它還有一定的出錯(cuò)后重新發(fā)送的機(jī)制。

與流套接字相對(duì)的是由類型SOCK_DGRAM指定的數(shù)據(jù)報(bào)套接字，它不需要建立連接和維持一個(gè)連接，它們?cè)贏F_INET中通常是通過UDP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)的。它對(duì)可以發(fā)送的數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度有限制，數(shù)據(jù)報(bào)作為一個(gè)單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)消息被傳輸,它可能會(huì)丟失、復(fù)制或錯(cuò)亂到達(dá)，UDP不是一個(gè)可靠的協(xié)議，但是它的速度比較高，因?yàn)樗⒁恍枰偸且⒑途S持一個(gè)連接。

3、套接字協(xié)議

只要底層的傳輸機(jī)制允許不止一個(gè)協(xié)議來(lái)提供要求的套接字類型，我們就可以為套接字選擇一個(gè)特定的協(xié)議。通常只需要使用默認(rèn)值。

三、套接字地址

每個(gè)套接字都有其自己的地址格式，對(duì)于AF_UNIX域套接字來(lái)說，它的地址由結(jié)構(gòu)sockaddr_un來(lái)描述，該結(jié)構(gòu)定義在頭文件sys/un.h中，它的定義如下：

struct sockaddr_un{ 
  sa_family_t sun_family;//AF_UNIX，它是一個(gè)短整型 
  char    sum_path[];//路徑名 
}; 

對(duì)于AF_INET域套接字來(lái)說，它的地址結(jié)構(gòu)由sockaddr_in來(lái)描述，它至少包括以下幾個(gè)成員：

struct sockaddr_in{ 
  short int      sin_family;//AF_INET 
  unsigned short int  sin_port;//端口號(hào) 
  struct in_addr    sin_addr;//IP地址 
}; 

而in_addr被定義為：

struct in_addr{ 
  unsigned long int s_addr; 
}; 

四、基于流套接字的客戶/服務(wù)器的工作流程

使用socket進(jìn)行進(jìn)程通信的進(jìn)程采用的客戶/服務(wù)器系統(tǒng)是如何工作的呢？

1、服務(wù)器端

首先服務(wù)器應(yīng)用程序用系統(tǒng)調(diào)用socket來(lái)創(chuàng)建一個(gè)套接安，它是系統(tǒng)分配給該服務(wù)器進(jìn)程的類似文件描述符的資源，它不能與其他的進(jìn)程共享。

接下來(lái)，服務(wù)器進(jìn)程會(huì)給套接字起個(gè)名字，我們使用系統(tǒng)調(diào)用bind來(lái)給套接字命名。然后服務(wù)器進(jìn)程就開始等待客戶連接到這個(gè)套接字。

然后，系統(tǒng)調(diào)用listen來(lái)創(chuàng)建一個(gè)隊(duì)列并將其用于存放來(lái)自客戶的進(jìn)入連接。

最后，服務(wù)器通過系統(tǒng)調(diào)用accept來(lái)接受客戶的連接。它會(huì)創(chuàng)建一個(gè)與原有的命名套接不同的新套接字，這個(gè)套接字只用于與這個(gè)特定客戶端進(jìn)行通信，而命名套接字（即原先的套接字）則被保留下來(lái)繼續(xù)處理來(lái)自其他客戶的連接。

2、客戶端

基于socket的客戶端比服務(wù)器端簡(jiǎn)單，同樣，客戶應(yīng)用程序首先調(diào)用socket來(lái)創(chuàng)建一個(gè)未命名的套接字，然后將服務(wù)器的命名套接字作為一個(gè)地址來(lái)調(diào)用connect與服務(wù)器建立連接。

一旦連接建立，我們就可以像使用底層的文件描述符那樣用套接字來(lái)實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)的通信。

五、流式socket的接口及作用

socket的接口函數(shù)聲明在頭文件sys/types.h和sys/socket.h中。

1、創(chuàng)建套接字——socket系統(tǒng)調(diào)用

該函數(shù)用來(lái)創(chuàng)建一個(gè)套接字，并返回一個(gè)描述符，該描述符可以用來(lái)訪問該套接字，它的原型如下：

int socket(int domain, int type, int protocol); 

函數(shù)中的三個(gè)參數(shù)分別對(duì)應(yīng)前面所說的三個(gè)套接字屬性。protocol參數(shù)設(shè)置為0表示使用默認(rèn)協(xié)議。

2、命名（綁定）套接字——bind系統(tǒng)調(diào)用

該函數(shù)把通過socket調(diào)用創(chuàng)建的套接字命名，從而讓它可以被其他進(jìn)程使用。對(duì)于AF_UNIX，調(diào)用該函數(shù)后套接字就會(huì)關(guān)聯(lián)到一個(gè)文件系統(tǒng)路徑名，對(duì)于AF_INET，則會(huì)關(guān)聯(lián)到一個(gè)IP端口號(hào)。函數(shù)原型如下：

int bind( int socket, const struct sockaddr *address, size_t address_len); 

成功時(shí)返回0，失敗時(shí)返回-1；

3、創(chuàng)建套接字隊(duì)列——listen系統(tǒng)調(diào)用

該函數(shù)用來(lái)創(chuàng)建一個(gè)隊(duì)列來(lái)保存未處理的請(qǐng)求。成功時(shí)返回0，失敗時(shí)返回-1，其原型如下：

int listen(int socket, int backlog); 

backlog用于指定隊(duì)列的長(zhǎng)度，等待處理的進(jìn)入連接的個(gè)數(shù)最多不能超過這個(gè)數(shù)字，否則往后的連接將被拒絕，導(dǎo)致客戶的連接請(qǐng)求失敗。調(diào)用后，程序一直這個(gè)IP端口，如果有連接請(qǐng)求，就把它加入到這個(gè)隊(duì)列中。

4、接受連接——accept系統(tǒng)調(diào)用

該系統(tǒng)調(diào)用用來(lái)等待客戶建立對(duì)該套接字的連接。accept系統(tǒng)調(diào)用只有當(dāng)客戶程序試圖連接到由socket參數(shù)指定的套接字上時(shí)才返回，也就是說，如果套接字隊(duì)列中沒有未處理的連接，accept將阻塞直到有客戶建立連接為止。accept函數(shù)將創(chuàng)建一個(gè)新套接字來(lái)與該客戶進(jìn)行通信，并且返回新套接字的描述符，新套接字的類型和服務(wù)器套接字類型是一樣的。它的原型如下：

int accept(int socket, struct sockaddr *address, size_t *address_len); 

address為連接客戶端的地址，參數(shù)address_len指定客戶結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度，如果客戶地址的長(zhǎng)度超過這個(gè)值，它將會(huì)截?cái)唷?/p>

5、請(qǐng)求連接——connect系統(tǒng)調(diào)用

該系統(tǒng)調(diào)用用來(lái)讓客戶程序通過在一個(gè)未命名套接字和服務(wù)器套接字之間建立連接的方法來(lái)連接到服務(wù)器。它的原型如下：

int connect(int socket, const struct sockaddr *address, size_t address_len); 

參數(shù)socket指定的套接字連接到參數(shù)addres指定的服務(wù)器套接字。成功時(shí)返回0，失敗時(shí)返回-1.

6、關(guān)閉socket——close系統(tǒng)調(diào)用

該系統(tǒng)調(diào)用用來(lái)終止服務(wù)器和客戶上的套接字連接，我們應(yīng)該總是在連接的兩端（服務(wù)器和客戶）關(guān)閉套接字。

六、進(jìn)程使用流式socket進(jìn)行通信

下面用多個(gè)客戶程序和一個(gè)服務(wù)器程序來(lái)展示進(jìn)程間如何利用套接字進(jìn)行通信。

sockserver.c是一個(gè)服務(wù)器程序，它首先創(chuàng)建套接字，然后綁定一個(gè)端口再套接字，忽略子進(jìn)程的停止消息等，然后它進(jìn)入循環(huán)，一直循環(huán)檢查是否有客戶連接到服務(wù)器，如果有，則調(diào)用fork創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程來(lái)處理請(qǐng)求。利用read系統(tǒng)調(diào)用來(lái)讀取客戶端發(fā)來(lái)的信息，利用write系統(tǒng)調(diào)用來(lái)向客戶端發(fā)送信息。這個(gè)服務(wù)器的工作非常簡(jiǎn)單，就是把客戶發(fā)過來(lái)的字符+1，再發(fā)送回給客戶。

sockclient.c是一個(gè)客戶程序，它同樣要先創(chuàng)建套接，然后連接到指定IP端口服務(wù)器，如果連接成功，就用write來(lái)發(fā)送信息給服務(wù)器，再用read獲取服務(wù)器處理后的信息，再輸出。

服務(wù)器sockserver.c的源代碼如下：

#include <unistd.h> 
#include <sys/types.h> 
#include <sys/socket.h> 
#include <netinet/in.h> 
#include <signal.h> 
#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h> 

int main() 
{ 
  int server_sockfd = -1; 
  int client_sockfd = -1; 
  int client_len = 0; 
  struct sockaddr_in server_addr; 
  struct sockaddr_in client_addr; 
  //創(chuàng)建流套接字 
  server_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); 
  //設(shè)置服務(wù)器接收的連接地址和端口 
  server_addr.sin_family = AF_INET;//指定網(wǎng)絡(luò)套接字 
  server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);//接受所有IP地址的連接 
  server_addr.sin_port = htons(9736);//綁定到9736端口 
  //綁定（命名）套接字 
  bind(server_sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)); 
  //創(chuàng)建套接字隊(duì)列，套接字 
  listen(server_sockfd, 5); 
  //忽略子進(jìn)程停止或退出信號(hào) 
  signal(SIGCHLD, SIG_IGN); 

  while(1) 
  { 
    char ch = '\0'; 
    client_len = sizeof(client_addr); 
    printf("Server waiting\n"); 
    //接受連接，創(chuàng)建新的套接字 
    client_sockfd = accept(server_sockfd, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_len); 

    if(fork() == 0) 
    { 
      //子進(jìn)程中，讀取客戶端發(fā)過來(lái)的信息，處理信息，再發(fā)送給客戶端 
      read(client_sockfd, &ch, 1); 
      sleep(5); 
      ch++; 
      write(client_sockfd, &ch, 1); 
      close(client_sockfd); 
      exit(0); 
    } 
    else 
    { 
      //父進(jìn)程中，關(guān)閉套接字 
      close(client_sockfd); 
    } 
  } 
} 

客戶sockclient.c的源代碼如下：

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

int main() 
{ 
  int sockfd = -1; 
  int len = 0; 
  struct sockaddr_in address; 
  int result; 
  char ch = 'A'; 
  //創(chuàng)建流套接字 
  sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); 
  //設(shè)置要連接的服務(wù)器的信息 
  address.sin_family = AF_INET;//使用網(wǎng)絡(luò)套接字 
  address.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");//服務(wù)器地址 
  address.sin_port = htons(9736);//服務(wù)器端口 
  len = sizeof(address); 
  //連接到服務(wù)器 
  result = connect(sockfd, (struct sockaddr*)&address, len); 

  if(result == -1) 
  { 
    perror("ops:client\n"); 
    exit(1); 
  } 
  //發(fā)送請(qǐng)求給服務(wù)器 
  write(sockfd, &ch, 1); 
  //從服務(wù)器獲取數(shù)據(jù) 
  read(sockfd, &ch, 1); 
  printf("char form server = %c\n", ch); 
  close(sockfd); 
  exit(0); 
} 

運(yùn)行結(jié)果如下：

在本例子中，我們啟動(dòng)了一個(gè)服務(wù)器程序和三個(gè)客戶程序，從運(yùn)行的結(jié)果來(lái)看，客戶端發(fā)送給服務(wù)器程序的所有請(qǐng)求都得到了處理，即把A變成了B。對(duì)于服務(wù)器和客戶程序之間使用的read和write系統(tǒng)調(diào)用跟使用命名管道時(shí)阻塞的read、write系統(tǒng)調(diào)用一樣。例如客戶程序調(diào)用read時(shí)，如果服務(wù)器程序沒有向指定的客戶程序的socket中寫入信息，則read調(diào)用會(huì)一直阻塞。

七、流式套接字給我印象

給我的感覺是流式套接字很像命名管道，但是它卻可以使不在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)而通過網(wǎng)絡(luò)連接的不同計(jì)算機(jī)上的進(jìn)程進(jìn)行通信，功能真是非常的強(qiáng)大。

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