linux socket编程-socket接口

常用socket函数

Windows 和 Linux 上常用的 socket API 函数并不多，除了特定操作系统提供的一些基于自身系统特性的 API， 大多数 Socket API 都源于BSD Socket （即伯克利套接字（Berkeley Sockets）），因此这些 socket 函数在不同的平台有着相似的签名和参数。

经常有想学习网络编程的新人询问要掌握哪些基础的socket API，我这里给一个简单的函数列表，列表中给出的都是应该熟练掌握的 socket 函数。

​ 常用 Berkeley Sockets API 一览表

socket

socket()函数的原型如下，这个函数建立一个协议族为domain、协议类型为type、协议编号为protocol的套接字文件描述符。如果函数调用成功，会返回一个标识这个套接字的文件描述符，失败的时候返回-1。

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>

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

• domain

函数socket()的参数domain用于设置网络通信的域，函数socket()根据这个参数选择通信协议的族。通信协议族在文件sys/socket.h中定义。

• type

type 函数socket()的参数type用于设置套接字通信的类型，主要有SOCKET_STREAM（流式套接字）、SOCK——DGRAM（数据包套接字）等。

并不是所有的协议族都实现了这些协议类型，例如，AF_INET协议族就没有实现SOCK_SEQPACKET协议类型。

• protocol

函数socket()的第3个参数protocol用于制定某个协议的特定类型，即type类型中的某个类型。通常某协议中只有一种特定类型，这样protocol参数仅能设置为0；但是有些协议有多种特定的类型，就需要设置这个参数来选择特定的类型。

• errno

  函数socket()并不总是执行成功，有可能会出现错误，错误的产生有多种原因，可以通过errno获得：

比如我们建立一个流式套接字可以这样：

int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

bind

在套接口中，一个套接字只是用户程序与内核交互信息的枢纽，它自身没有太多的信息，也没有网络协议地址和 端口号等信息，在进行网络通信的时候，必须把一个套接字与一个地址相关联，这个过程就是地址绑定的过程。许多时候内核会我们自动绑定一个地址，然而有时用 户可能需要自己来完成这个绑定的过程，以满足实际应用的需要，最典型的情况是一个服务器进程需要绑定一个众所周知的地址或端口以等待客户来连接。这个事由 bind的函数完成。

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

• sockfd 就是我们调用socket函数后创建的socket 句柄或者称文件描述符号。
• addr addr是指向一个结构为sockaddr参数的指针，sockaddr中包含了地址、端口和IP地址的信息。在进行地址绑定的时候，需要弦将地址结构中的IP地址、端口、类型等结构struct sockaddr中的域进行设置之后才能进行绑定，这样进行绑定后才能将套接字文件描述符与地址等接合在一起。

由于历史原因，我们前后有两个地址结构： struct sockaddr 该结构定义如下：

struct sockaddr { 
    uint8_t sa_len;　　 
    unsigned short sa_family; /* 地址家族, AF_xxx */ 　　 
    char sa_data[14]; /*14字节协议地址*/ 　　
};

其实这个结构逐渐被舍弃，但是也还是因为历史原因，在很多的函数，比如connect、bind等还是用这个作为声明，实际上现在用的是第二个结构，我们需要把第二个结构强转成sockaddr。 struct sockaddr_in 其定义如下：

struct sockaddr_in { 
　　 uint8_t sa_len;   /* 结构体长度*/ 
        short int sin_family; /* 通信类型 */ 
　　 unsigned short int sin_port; /* 端口 */ 
　　 struct in_addr sin_addr; /* Internet 地址 */ 
　　 unsigned char sin_zero[8]; /* 未使用的*/ 
　　 };

struct in_addr {   //sin_addr的结构体类型in_addr 原型
　　 unsigned long s_addr;     /*存4字节的 IP 地址(使用网络字节顺序)。*/
　　 };

在使用的时候我们必须指定通信类型，也必须把端口号和地址转换成网络序的字节序

• addrlen addr结构的长度，可以设置成sizeof(struct sockaddr)。使用sizeof(struct sockaddr)来设置套接字的类型和其对已ing的结构。

bind()函数的返回值为0时表示绑定成功，-1表示绑定失败，errno的错误值如表1所示。

比如这样：

struct sockaddr_in addr;
    memset(&addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));

    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(port);
    addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    
    if (bind(sfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(struct sockaddr_in)) < 0) 
    {
        perror("bind");
        exit(1);
    }

listen

int listen(int sockfd, int backlog);

listen()函数将sockfd标记为被动打开的套接字，并作为accept的参数用来接收到达的连接请求。

• sockfd是一个套接字类型的文件描述符，具体类型为SOCK_STREAM或者SOCK_SEQPACKET。
• backlog参数用来描述sockfd的等待连接队列能够达到的最大值。当一个请求到达并且该队列为满时，客户端可能会收到一个表示连接失败的错误，或者如果底层协议支持重传(比如tcp协议),本次请求会被丢弃不作处理，在下次重试时期望能连接成功(下次重传的时候队列可能已经腾出空间)。 

说起这个backlog就有一点儿历史了，等下文描述。

• errno

connect

声明如下

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

参数说明如下

• sockfd 是系统调用 socket() 返回的套接字文件描述符。
• serv_addr 是 保存着目的地端口和 IP 地址的数据结构 struct sockaddr_in。
• addrlen 设置 为 sizeof(struct sockaddr_in)

errno

connect函数在调用失败的时候返回值-1，并会设置全局错误变量 errno。

accept

函数声明

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

参数说明

sockfd是由socket函数返回的套接字描述符，参数addr和addrlen用来返回已连接的对端进程（客户端）的协议地址。如果我们对客户端的协议地址不感兴趣，可以把arrd和addrlen均置为空指针。

返回值

成功时，返回非负整数，该整数是接收到套接字的描述符；出错时，返回－1，相应地设定全局变量errno。

特别需要说明下的是，这个accept是一个阻塞式的函数，对于一个阻塞的套套接字，一直阻塞，或者返回一个错误值，对于非阻塞套接字。accept有可能返回-1，但是如果errno的值为，EAGAIN或者EWOULDBLOCK，此时需要重新调用一次accept函数。

send_recv send和recv函数

函数申明如下

ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);

• sockfd ：套接字
• buf : 待发送或者接收的缓存
• len : 如果是recv指期望接收的长度，如果是send指要发送的长度。
• flags : 标志位，取值如下表：

errno

当返回值为-1时是不是一定就错误了，当返回值为0时该怎么做呢？

• 如何正确判断一个对端已经关闭了连接？

/*客户端设置非阻塞，然后判断链接是否成功*/
int SocketConnectWithTimeout
(
    int                 mySocket,          
    struct mySocketaddr     *adrs,        
    int                 adrsLen,        
    struct timeval      *timeVal        
)
{
    int     flag;
    fd_set  writeFds;
    int     remotPeerAdressLen;
    struct  mySocketaddr remotPeerAdress;
    
    if(timeVal == NULL)
    {
        return (connect(mymySocket, adrs, adrsLen));
    }
        
    flag = fcntl(mySocket, F_GETFL, 0); 
    fcntl(mySocket, F_SETFL, flag | O_NONBLOCK);//修改当前的flag标志为给阻塞
    
    //对于非阻塞式套接字，如果调用connect函数会之间返回-1（表示出错），且错误为EINPROGRESS，表示连接建立
    if(connect(mySocket, adrs, adrsLen) < 0)
    {
       //当使用非阻塞模式的时候，如果链接没有被立马建立，则connect()返回EINPROGRESS
        if(errno == EINPROGRESS)
        {
        //select是一种IO多路复用机制，它允许进程指示内核等待多个事件的任何一个发生，并且在有一个或者多个事件发生或者经历一段指定的时间后才唤醒它。
        //connect本身并不具有设置超时功能，如果想对套接字的IO操作设置超时，可使用select函数。此时我们使用不断的检测writeFds来判断链接的建立？
            FD_ZERO(&writeFds);
            FD_SET((unsigned int)mySocket, &writeFds); 
    
            if(select(FD_SETSIZE, (fd_set *)NULL, &writeFds, (fd_set *)NULL, timeVal) > 0)
            {
                //select()成功了，查看mySocketet是否可写（关键）
                if (FD_ISSET ((unsigned int)mySocket, &writeFds))
                {
                //已经可写了，此时我们要通过使用getpeername()判断是否真正的链接成功，如果返回值不是-1；
                //说明connect()成功了。
                    remotPeerAdressLen = sizeof (remotPeerAdress);
                    if(getpeername (mySocket, &remotPeerAdress, &remotPeerAdressLen) != ERROR)
                    {
                        return OK；
                    }
                    else
                    {
                        return ERROR；
                    }
                }
            }
        }
        else
        {
            return ERROR；
        }
    }
 
    fcntl(mySocket, F_SETFL, flag);//恢复标志位为阻塞
}

• 1.将打开的socket设为非阻塞的,可以用fcntl(socket, F_SETFL, O_NDELAY)完成(有的系统用FNEDLAY也可).

  2.发connect调用,这时返回-1,但是errno被设为EINPROGRESS,意即connect仍旧行还没有完成.

  3.将打开的socket设进被监视的可写(注意不是可读)文件集合用select进行监视,如果可写用getsockopt(socket, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &error, sizeof(int)); 来得到error的值,如果为零,则connect成功.