Linux环境SOCKET编程1：套接字

一、socket运行过程

服务器端先初始化Socket，然后与端口绑定(bind)，对端口进行监听(listen)，调用accept阻塞，等待客户端连接。在这时如果有个客户端初始化一个Socket，然后连接服务器(connect)，如果连接成功，这时客户端与服务器端的连接就建立了。客户端发送数据请求，服务器端接收请求并处理请求，然后把回应数据发送给客户端，客户端读取数据，最后关闭连接，一次交互结束。

二、socket实现过程

2.1 socket()函数

 int  socket(int protofamily, int type, int protocol);//返回sockfd

socket函数对应于普通文件的打开操作。普通文件的打开操作返回一个文件描述字，而socket()用于创建一个socket描述符（socket descriptor），它唯一标识一个socket。这个socket描述字跟文件描述字一样，后续的操作都有用到它，把它作为参数，通过它来进行一些读写操作。

正如可以给fopen的传入不同参数值，以打开不同的文件。创建socket的时候，也可以指定不同的参数创建不同的socket描述符，socket函数的三个参数分别为：

protofamily：即协议域，又称为协议族（family）。常用的协议族有，AF_INET(IPV4)、AF_INET6(IPV6)、AF_LOCAL（或称AF_UNIX，Unix域socket）、AF_ROUTE等等。协议族决定了socket的地址类型，在通信中必须采用对应的地址，如AF_INET决定了要用ipv4地址（32位的）与端口号（16位的）的组合、AF_UNIX决定了要用一个绝对路径名作为地址。
type：指定socket类型。常用的socket类型有，SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等等（socket的类型有哪些？）。
protocol：故名思意，就是指定协议。常用的协议有，IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等，它们分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议

注意：当我们调用socket创建一个socket时，返回的socket描述字它存在于协议族（address family，AF_XXX）空间中，但没有一个具体的地址。如果想要给它赋值一个地址，就必须调用bind()函数，否则就当调用connect()、listen()时系统会自动随机分配一个端口。

2.2 bind()函数

正如上面所说bind()函数把一个地址族中的特定地址赋给socket。例如对应AF_INET、AF_INET6就是把一个ipv4或ipv6地址和端口号组合赋给socket。

   int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

sockfd：即socket描述字，它是通过socket()函数创建了，唯一标识一个socket。bind()函数就是将给这个描述字绑定一个名字。
addr：一个const struct sockaddr *指针，指向要绑定给sockfd的协议地址。这个地址结构根据地址创建socket时的地址协议族的不同而不同，如ipv4对应的是：

addrlen：对应的是地址的长度。

通常服务器在启动的时候都会绑定一个众所周知的地址（如ip地址+端口号），用于提供服务，客户就可以通过它来接连服务器；而客户端就不用指定，有系统自动分配一个端口号和自身的ip地址组合。这就是为什么通常服务器端在listen之前会调用bind()，而客户端就不会调用，而是在connect()时由系统随机生成一个。

2.3 listen()、connect()函数

如果作为一个服务器，在调用socket()、bind()之后就会调用listen()来监听这个socket，如果客户端这时调用connect()发出连接请求，服务器端就会接收到这个请求。

int listen(int sockfd, int backlog);
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

listen函数的第一个参数即为要监听的socket描述字，第二个参数为相应socket可以排队的最大连接个数。socket()函数创建的socket默认是一个主动类型的，listen函数将socket变为被动类型的，等待客户的连接请求。

connect函数的第一个参数即为客户端的socket描述字，第二参数为服务器的socket地址，第三个参数为socket地址的长度。客户端通过调用connect函数来建立与TCP服务器的连接。

2.4 accept()函数

TCP服务器端依次调用socket()、bind()、listen()之后，就会监听指定的socket地址了。TCP客户端依次调用socket()、connect()之后就向TCP服务器发送了一个连接请求。TCP服务器监听到这个请求之后，就会调用accept()函数取接收请求，这样连接就建立好了。之后就可以开始网络I/O操作了，即类同于普通文件的读写I/O操作。

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen); //返回连接connect_fd

参数sockfd

参数sockfd就是上面解释中的监听套接字，这个套接字用来监听一个端口，当有一个客户与服务器连接时，它使用这个一个端口号，而此时这个端口号正与这个套接字关联。当然客户不知道套接字这些细节，它只知道一个地址和一个端口号。

参数addr

这是一个结果参数，它用来接受一个返回值，这返回值指定客户端的地址，当然这个地址是通过某个地址结构来描述的，用户应该知道这一个什么样的地址结构。如果对客户的地址不感兴趣，那么可以把这个值设置为NULL。

参数len

如同大家所认为的，它也是结果的参数，用来接受上述addr的结构的大小的，它指明addr结构所占有的字节个数。同样的，它也可以被设置为NULL。

如果accept成功返回，则服务器与客户已经正确建立连接了，此时服务器通过accept返回的套接字来完成与客户的通信。

注意：

accept默认会阻塞进程，直到有一个客户连接建立后返回，它返回的是一个新可用的套接字，这个套接字是连接套接字。

2.5、read()、write()等函数

万事具备只欠东风，至此服务器与客户已经建立好连接了。可以调用网络I/O进行读写操作了，即实现了网咯中不同进程之间的通信！网络I/O操作有下面几组：

read()/write()
recv()/send()
readv()/writev()
recvmsg()/sendmsg()
recvfrom()/sendto()

2.6、close()函数

在服务器与客户端建立连接之后，会进行一些读写操作，完成了读写操作就要关闭相应的socket描述字，好比操作完打开的文件要调用fclose关闭打开的文件。

#include <unistd.h>
int close(int fd);

close一个TCP socket的缺省行为时把该socket标记为以关闭，然后立即返回到调用进程。该描述字不能再由调用进程使用，也就是说不能再作为read或write的第一个参数。

注意：close操作只是使相应socket描述字的引用计数-1，只有当引用计数为0的时候，才会触发TCP客户端向服务器发送终止连接请求。

三、SOCKET 之TCP通信例程

1、客户端

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#define MAXLINE 4096  int main(int argc, char** argv)
{  int    sockfd, n,rec_len;  char    recvline[4096], sendline[4096];  char    buf[MAXLINE];  struct sockaddr_in    servaddr;  if( argc != 2){  printf("usage: ./client <ipaddress>\n");  exit(0);  }  if( (sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0){  printf("create socket error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno),errno);  exit(0);  }  memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));  servaddr.sin_family = AF_INET;  servaddr.sin_port = htons(8000);  if( inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr) <= 0){  printf("inet_pton error for %s\n",argv[1]);  exit(0);  }  if( connect(sockfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0){  printf("connect error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno);  exit(0);  }  printf("send msg to server: \n");  fgets(sendline, 4096, stdin);  if( send(sockfd, sendline, strlen(sendline), 0) < 0)  {  printf("send msg error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno), errno);  exit(0);  }  if((rec_len = recv(sockfd, buf, MAXLINE,0)) == -1) {  perror("recv error");  exit(1);  }  buf[rec_len]  = '\0';  printf("Received : %s ",buf);  close(sockfd);  exit(0);
}

2、服务端

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#define DEFAULT_PORT 8000
#define MAXLINE 4096
int main(int argc, char** argv)
{  int    socket_fd, connect_fd;  struct sockaddr_in     servaddr;  char    buff[4096];  int     n;  //初始化Socket  if( (socket_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1 ){  printf("create socket error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno);  exit(0);  }  //初始化  memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));  servaddr.sin_family = AF_INET;  servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);//IP地址设置成INADDR_ANY,让系统自动获取本机的IP地址。  servaddr.sin_port = htons(DEFAULT_PORT);//设置的端口为DEFAULT_PORT  //将本地地址绑定到所创建的套接字上  if( bind(socket_fd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) == -1){  printf("bind socket error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno);  exit(0);  }  //开始监听是否有客户端连接  if( listen(socket_fd, 10) == -1){  printf("listen socket error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno);  exit(0);  }  printf("======waiting for client's request======\n");  while(1){
//阻塞直到有客户端连接，不然多浪费CPU资源。  if( (connect_fd = accept(socket_fd, (struct sockaddr*)NULL, NULL)) == -1){  printf("accept socket error: %s(errno: %d)",strerror(errno),errno);  continue;  }
//接受客户端传过来的数据  n = recv(connect_fd, buff, MAXLINE, 0);
//向客户端发送回应数据  if(!fork()){ /*紫禁城*/  if(send(connect_fd, "Hello,you are connected!\n", 26,0) == -1)  perror("send error");  close(connect_fd);  exit(0);  }  buff[n] = '\0';  printf("recv msg from client: %s\n", buff);  close(connect_fd);  }  close(socket_fd);
}

四、测试程序流程

编译server.c

gcc -o server server.c

启动进程：

./server

显示结果：

======waiting for client's request======

并等待客户端连接。

编译 client.c

arm-none-linux-gnueabi-gcc -o client client.c -static

客户端去连接server：

./client 192.168.1.101