前面說到的進(jìn)程間的通信，所通信的進(jìn)程都是在同一臺計算機(jī)上的，而使用socket進(jìn)行通信的進(jìn)程可以是同一臺計算機(jī)的進(jìn)程，也是可以是通過網(wǎng)絡(luò)連接起來的不同計算機(jī)上的進(jìn)程。通常我們使用socket進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程，這里將會簡單地講述如何使用socket進(jìn)行簡單的網(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計算機(jī)但通過網(wǎng)絡(luò)連接計算機(jī)上的進(jìn)程進(jìn)行通信。也因為這樣，套接字明確地將客戶端和服務(wù)器區(qū)分開來。
二、套接字的屬性
套接字的特性由3個屬性確定，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，它就需要用到服務(wù)器計算機(jī)的IP地址和端口來指定一臺聯(lián)網(wǎng)機(jī)器上的某個特定服務(wù)，所以在使用socket作為通信的終點，服務(wù)器應(yīng)用程序必須在開始通信之前綁定一個端口，服務(wù)器在指定的端口等待客戶的連接。另一個域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（datagram），因而套接字的類型也就分為流套接字和數(shù)據(jù)報套接字。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連接實現(xiàn)，同時也是AF_UNIX中常用的套接字類型。流套接字提供的是一個有序、可靠、雙向字節(jié)流的連接，因此發(fā)送的數(shù)據(jù)可以確保不會丟失、重復(fù)或亂序到達(dá)，而且它還有一定的出錯后重新發(fā)送的機(jī)制。
與流套接字相對的是由類型SOCK_DGRAM指定的數(shù)據(jù)報套接字，它不需要建立連接和維持一個連接，它們在AF_INET中通常是通過UDP/IP協(xié)議實現(xiàn)的。它對可以發(fā)送的數(shù)據(jù)的長度有限制，數(shù)據(jù)報作為一個單獨的網(wǎng)絡(luò)消息被傳輸,它可能會丟失、復(fù)制或錯亂到達(dá)，UDP不是一個可靠的協(xié)議，但是它的速度比較高，因為它并一需要總是要建立和維持一個連接。
3、套接字協(xié)議
只要底層的傳輸機(jī)制允許不止一個協(xié)議來提供要求的套接字類型，我們就可以為套接字選擇一個特定的協(xié)議。通常只需要使用默認(rèn)值。
三、套接字地址
每個套接字都有其自己的地址格式，對于AF_UNIX域套接字來說，它的地址由結(jié)構(gòu)sockaddr_un來描述，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，它是一個短整型
char sum_path[];//路徑名
};
對于AF_INET域套接字來說，它的地址結(jié)構(gòu)由sockaddr_in來描述，它至少包括以下幾個成員：
struct sockaddr_in{
short int sin_family;//AF_INET
unsigned short int sin_port;//端口號
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來創(chuàng)建一個套接安，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，服務(wù)器進(jìn)程會給套接字起個名字，我們使用系統(tǒng)調(diào)用bind來給套接字命名。然后服務(wù)器進(jìn)程就開始等待客戶連接到這個套接字。
然后，系統(tǒng)調(diào)用listen來創(chuàng)建一個隊列并將其用于存放來自客戶的進(jìn)入連接。
最后，服務(wù)器通過系統(tǒng)調(diào)用accept來接受客戶的連接。它會創(chuàng)建一個與原有的命名套接不同的新套接字，這個套接字只用于與這個特定客戶端進(jìn)行通信，而命名套接字（即原先的套接字）則被保留下來繼續(xù)處理來自其他客戶的連接。
2、客戶端
基于socket的客戶端比服務(wù)器端簡單，同樣，客戶應(yīng)用程序首先調(diào)用socket來創(chuàng)建一個未命名的套接字，然后將服務(wù)器的命名套接字作為一個地址來調(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實現(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)用來創(chuàng)建一個套接字，并返回一個描述符，該描述符可以用來訪問該套接字，它的原型如下：
int socket(int domain, int type, int protocol);
函數(shù)中的三個參數(shù)分別對應(yīng)前面所說的三個套接字屬性。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。對于AF_UNIX，調(diào)用該函數(shù)后套接字就會關(guān)聯(lián)到一個文件系統(tǒng)路徑名，對于AF_INET，則會關(guān)聯(lián)到一個IP端口號。函數(shù)原型如下：
int bind( int socket, const struct sockaddr *address, size_t address_len);
成功時返回0，失敗時返回-1；
3、創(chuàng)建套接字隊列（監(jiān)聽）——listen系統(tǒng)調(diào)用
該函數(shù)用來創(chuàng)建一個隊列來保存未處理的請求。成功時返回0，失敗時返回-1，其原型如下：
int listen(int socket, int backlog);
backlog用于指定隊列的長度，等待處理的進(jìn)入連接的個數(shù)最多不能超過這個數(shù)字，否則往后的連接將被拒絕，導(dǎo)致客戶的連接請求失敗。調(diào)用后，程序一直會監(jiān)聽這個IP端口，如果有連接請求，就把它加入到這個隊列中。
4、接受連接——accept系統(tǒng)調(diào)用
該系統(tǒng)調(diào)用用來等待客戶建立對該套接字的連接。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)指定的套接字上時才返回，也就是說，如果套接字隊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)建一個新套接字來與該客戶進(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)器監(jiān)聽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)的長度，如果客戶地址的長度超過這個值，它將會截斷。
5、請求連接——connect系統(tǒng)調(diào)用
該系統(tǒng)調(diào)用用來讓客戶程序通過在一個未命名套接字和服務(wù)器監(jiān)聽套接字之間建立連接的方法來連接到服務(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。成功時返回0，失敗時返回-1.
6、關(guān)閉socket——close系統(tǒng)調(diào)用
該系統(tǒng)調(diào)用用來終止服務(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
下面用多個客戶程序和一個服務(wù)器程序來展示進(jìn)程間如何利用套接字進(jìn)行通信。
sockserver.c是一個服務(wù)器程序，它首先創(chuàng)建套接字，然后綁定一個端口再監(jiān)聽套接字，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)建一個子進(jìn)程來處理請求。利用read系統(tǒng)調(diào)用來讀取客戶端發(fā)來的信息，利用write系統(tǒng)調(diào)用來向客戶端發(fā)送信息。這個服務(wù)器的工作非常簡單，就是把客戶發(fā)過來的字符+1，再發(fā)送回給客戶。
sockclient.c是一個客戶程序，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監(jiān)聽的端口
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)建套接字隊列，監(jiān)聽套接字
listen(server_sockfd, 5);
//忽略子進(jìn)程停止或退出信號
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)器所監(jiān)聽的端口
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);
}
運行結(jié)果如下：
在本例子中，我們啟動了一個服務(wù)器程序和三個客戶程序，從運行的結(jié)果來看，客戶端發(fā)送給服務(wù)器程序的所有請求都得到了處理，即把A變成了B。對于服務(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阻塞的read、write系統(tǒng)調(diào)用一樣。例如客戶程序調(diào)用read時，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計算機(jī)而通過網(wǎng)絡(luò)連接的不同計算機(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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