Linux下的socket应用——socket函数
从零开始写一个高性能服务器
·
1.前言
在linux下，系统系统了与socket相关的方法和类，这些函数可以通过socket文件描述符操作socket文件，实现linux下的网络编程。
2.函数和结构体的讲解
Socket结构体
//套接字地址信息
struct sockaddr {
unsigned short sa_family; // 地址家族, AF_xxx
char sa_data[14]; //14字节协议地址xxx.xxx.xxx.xxx
};
//Internet网络的结构体 _in标识internet
struct sockaddr_in {
short int sin_family; // 通信类型,我们通常使用AF_INET.
// AF_INET是IPv4的网络协议套接字类型,.
// 具有通用性，windows系统和unix系统都有这个类型
unsigned short int sin_port; // 端口号。范围是0-65535
struct in_addr sin_addr; // Internet 地址
unsigned char sin_zero[8]; //用于保存sockadd数据，需要使用memset置零
};
//Internet地址xxx.xxx.xxx.xxx转换而来的数据
struct in_addr {
unsigned long s_addr; //通过unsigned long inet_addr("xxx.xxx.xxx.xxx")转换而来
};地址转换函数
//地址转换函数
//功能：
//将ip地址按照想要的格式进行转换，用于填写地址
//函数和头文件
#include <arpa/inet.h>
//地址转换成unsigned long,addr是ip地址"xxx.xxx.xxx.xxx"
unsigned long inet_addr(const char* addr);
//struct inddr 转换成char*,in是internet地址sin_addr
char*inet_ntoa(struct in_addr in);
//示例：
inet_addr("127.0.0.1"); //16777343;
inet_ntoa(addr.sin_addr); //127.0.0.1;
创建socket函数
//创建sokect函数socket()
//功能：
//创建一个socket，返回socket文件的文件描述符
//函数和头文件
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);
/*
参数，返回值：
domain:协议族,通常写AF_INET
type：传输方式，字节流填SOCK_STREAM 数据报填SOCK_DGRAM
protocol:使用的协议，通常有IPPROTO_TCP， IPPROTO_UDP， IPPROTO_IP
返回值：返回一个文件描述符，如果失败，则返回-1
*/
//示例：
//创建一个TCP的socket
int fds = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
if (fds == -1) {
return -1;
}绑定函数
//绑定函数bind()
//功能
//将地址绑定到socket文件上，
//传入文件描述符，地址和地址长度，
//成功返回0，失败返回-1
//函数和头文件
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int bind(int sockfd, struct sockaddr *my_addr, int addrlen);
/*
//参数，返回值
sockfd：通过socket()得到的文件描述符
my_add: 绑定地址.struct sockaddr指针
addrlen:地址长度，通常写sizeof(struct sockaddr)
返回值：成功返回0 失败返回-1
*/
//示例：
bind(servSock, (struct sockaddr*)&servAddr, sizeof(servAddr));连接服务器
//链接程序connect()
/*
//功能
客户端向申请服务器建立连接,
填入服务器的地址和地址长度,
建立连接失败返回-1，成功返回0
*/
//函数和头文件
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int connect(int sockfd, struct sockaddr *servAddr, int addrlen);
/*
//参数，返回值
sockfd：通过socket()得到的文件描述符
my_add: 绑定目标地址.struct sockaddr指针
addrlen:地址长度，通常写sizeof(struct sockaddr)
返回值：成功返回0，失败返回-1
*/
//示例：
connect(sock, (struct sockaddr*)&servAddr, sizeof(servAddr));
监听
//监听函数listen()
/*
//功能
设置监听的端口和最大连接数目
*/
//函数和头文件
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int listen(int sockfd, int backlog);
/*
//参数，返回值
sockfd:通过socket（）得到的文件描述符
backlog:允许进入队列的最大连接数目,最大值为128
返回值：成功返回0，失败返回-1
*/
//示例：
listen(socketFds, 2)；等待操作
//等待操作accept()
/*
//功能
在等待接收的时候会阻塞在这个函数上，直到有客户端连接成功或者传输数据,
返回客户端的socket文件描述符，并保存地址信息。
*/
//函数和头文件
#include <sys/socket.h>
int accept(int sockfd, void *addr, int *addrlen);
/*
//参数，返回值
sockfd:通过sokect()函数
addr:接收到的客户端的sockaddr_in的指针
addrlen:接收到的客户端的sockeaddr_in的长度的指针
*/
//示例
int clientSock = accept(servSock, (struct sockaddr*)&clientAddr, &clientAddrSize);
数据的发送
//数据的发送send(), write()
/*
//功能
将数据发送给指定的客户端，传入客户都拿socket文件描述符，数据，数据大小，
*/
//函数和头文件
#include <sys/socket.h>
int send(int sockfd, const void *msg, int len, int flags);
int write(int sockfd, const void *msg, int len);
/*
//参数和返回值
sockfd:接收端socket文件描述符
*msg:发送的数据缓冲区指针
len:数据长度
返回值：发送成功返回0，失败返回-1
*/
//示例
char buf[] = "啦啦啦";
if (-1 == send(fd, buf, sizeof(buf), 0)) {
return -1;
}
if (-1 == write(fd, buf, sizeof(buf))) {
return -1;
}
数据的接收
//数据的接收 read(), recv()
/*
//功能
客户端通过读文件socket文件描述符指定的文件，
将数据放到缓存中，并保存缓存的指针和长度,
在等待接收的时候会阻塞在这个函数中,
函数每次将长度为len的数据推到缓冲区buf中。
*/
//函数和头文件
#include <sys/socket.h>
int read(int sockfd, const void *msg, int len, int flags);
int recv(int sockfd, const void *msg, int len);
/*
//参数和返回值
sockfd:客户端童工socket()函数得到的文件描述符
msg:buf缓存的头指针，函数会将长度为len数据存到这个缓存中
len:一次性读取的buf的长度
返回值：成功返回0，失败返回-1
*/UDP的发送和接收
//UDP的发送和接收sendto(), recvfrom()
/*
//功能
发送数据
接收收据
成功返回0，失败返回-1
*/
//函数和头文件
#include <sys/socket.h>
int sendto(int sockfd, const void *msg, \
int len, unsigned int flags, \
const struct sockaddr *to, int tolen \
);
int recvfrom(int sockfd, void *buf, \
int len, unsigned int flags, \
struct sockaddr *from, int *fromlen \
);
/*
//参数和返回值
sockfd:文件描述符
msg:缓冲区的头指针
len:缓冲区大小
flags:通常写0就行
*to:目标地址的指针
tolen:目标地址结构体的大小
*from:源地址的指针
*fromlen:源地址结构的大小
*/关闭套接字
//关闭套接字close()和shutdown()
/*
//功能
关闭套接字
*/
//函数和头文件
#include <sys/socket.h>
int close(int sockfd);
int shutdown(int sockfd, int how);
/*
//参数和返回值
sockfd:文件描述符
how:关闭的方式，0：不允许接收 1：不允许发送 2：都不允许
*/
非阻塞
//非阻塞fcntl()
/*
//功能
将socket阻塞状态设置成非阻塞状态
在上面的函数中，accept()和read(),recv()都是阻塞的，但是这种阻塞状态并不适合一个高并发
服务器，所以我们要将他设置成非阻塞状态。
*/
//函数和头文件
#include <unistd.h>
#include <fontl.h>
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
fcntl(sockfd, F_SETFL, O_NONBLOCK);
/*
非阻塞状态的时候，就不知道是否当前有数据了，所以，这里就引入了IO多路服用的相关知识。
后面会单独讲一下select(),poll(),和epoll().
*/三.写一个例子
服务器
/**********************************************************
* Author : 谢名聪
* Email : 869408604@qq.com
* Last modified : 2022-04-27 14:16
* Filename : server.cpp
* Description : 写一个简单的例子描述一下
* sokect的主要结构体，函数，参数
* *******************************************************/
#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
int main(){
//创建套接字，返回套接字的文件操作符
int servSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
//将套接字和IP、端口绑定
struct sockaddr_in servAddr;
memset(&servAddr, 0, sizeof(servAddr)); //每个字节都用0填充
servAddr.sin_family = AF_INET; //使用IPv4地址
servAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); //具体的IP地址
servAddr.sin_port = htons(1234); //端口
//绑定端口
if (-1 == bind(servSock, (struct sockaddr*)&servAddr, sizeof(servAddr))) {
//绑定端口失败
std::cout << "bind error" << std::endl;
return -1;
}
//监听端口，限制最大队列为20个
if (-1 == listen(servSock, 20)) {
//监听失败
std::cout << "listen error" << std::endl;
}
std::cout << "服务器启动...." << std::endl;
std::cout << "ip:" << inet_ntoa(servAddr.sin_addr) << std::endl;
std::cout << "port:" << 1234 << std::endl;
std::cout << "开始监听>>>>" << std::endl;
//接收客户端请求
struct sockaddr_in clientAddr; //客户端的地址
socklen_t clientAddrSize = sizeof(clientAddr);
std::cout << "阻塞在accept(),等待....." << std::endl;
int clientSock = accept(servSock, (struct sockaddr*)&clientAddr, &clientAddrSize);
//向客户端发送数据
char str[] = "你好客户端，我是服务器";
//write(clientSock, str, sizeof(str));
send(clientSock, str, sizeof(str), 0);
//关闭套接字
close(clientSock);
close(servSock);
std::cout << "关闭套接字" << std::endl;
return 0;
} 客户端
#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
int main(){
//创建套接字
int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
//向服务器（特定的IP和端口）发起请求
struct sockaddr_in serv_addr;
memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr)); //每个字节都用0填充
serv_addr.sin_family = AF_INET; //使用IPv4地址
serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); //具体的IP地址
serv_addr.sin_port = htons(1234); //端口
if ( -1 == connect(sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr))) {
std::cout << "建立连接失败" << std::endl;
return -1;
}
std::cout << "阻塞再read()，等待服务器回消息" << std::endl;
//读取服务器传回的数据
char buf[40];
for (int i = 0; i < 20; i++) {
char buffer[2];
//read(sock, buffer, sizeof(buffer)-1);
recv(sock, buffer, sizeof(buffer), 0);
buf[2 * i] = buffer[0];
buf[2 * i + 1] = buffer[1];
}
std::cout << "客户端接收到消息:" << buf << std::endl;
//关闭套接字
close(sock);
return 0;
}看看效果吧
先启动服务器
g++ -std=c++11 server.cpp -o server
./server
再启动客户端
g++ -std=c++11 client.cpp =o client
./client
四.小结
现在我们已经可以实现两个机器的连接和数据传输了，后面我们就要处理多个连接和数据传输，我们已经在今天的非阻塞函数fcntl（）中引出了，I/O多路复用的必要性，所以，只要我们把I/O多路复用的问题解决了，我们就可以把网络的基本框架解决了。等我再把I/O多路复用的知识点整理完，我们就正式开始写网络的东西吧。
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