Linux下Socket编程

1. Socket简介

• Socket是什么？
  • Socket是一种进程间通信的机制，通过它应用程序可以通过网络进行数据传输。Socket提供了一种跨平台的接口，使得同样的代码可以在不同的操作系统上运行。
• Socket类型
  • 流式套接字（SOCK_STREAM）: 基于TCP协议，提供可靠的双向字节流通信。
  • 数据报套接字（SOCK_DGRAM）: 基于UDP协议，提供不可靠的、无连接的通信。
  • 原始套接字（SOCK_RAW）: 允许直接访问底层协议，主要用于协议开发或网络分析工具。

2. Socket编程流程

1. 创建Socket

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

   • domain: 协议族，常用的有 AF_INET（IPv4） 和 AF_INET6（IPv6）。
   • type: 套接字类型，如 SOCK_STREAM 和 SOCK_DGRAM。
   • protocol: 通常设为 0，表示由系统自动选择合适的协议。

2. 绑定Socket

   int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,

   socklen_t addrlen);

   • 将Socket与指定的IP地址和端口绑定。

3. 监听连接

   int listen(int sockfd, int backlog);

   • 服务器端Socket进入监听模式，backlog指定队列中允许的最大未处理连接数。

4. 接受连接

   int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr,

   socklen_t *addrlen);

   • 接受客户端的连接请求，创建一个新的Socket用于与客户端通信。

5. 连接到服务器

   int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,

   socklen_t addrlen);

   • 客户端Socket使用此函数连接到服务器。

6. 发送和接收数据

   • 发送数据：

     ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len,

     int flags);

   • 接收数据：

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

7. 关闭Socket

   int close(int sockfd);

3. 常用API详解

• socket()

  • 功能: 创建一个新的Socket。
  • 参数:
    • domain: 地址族，常用的如 AF_INET 表示IPv4地址。
    • type: Socket类型，SOCK_STREAM 或 SOCK_DGRAM。
    • protocol: 协议编号，通常为0，由系统选择默认协议。
  • 返回值: 返回新的文件描述符，失败返回 -1。

• bind()

  • 功能: 将Socket绑定到特定的IP地址和端口。
  • 参数:
    • sockfd: 由 socket() 创建的文件描述符。
    • addr: 结构体指针，包含要绑定的地址信息。
    • addrlen: addr 的长度。

• listen()

  • 功能: 在Socket上监听连接请求。
  • 参数:
    • sockfd: 由 socket() 创建的文件描述符。
    • backlog: 未处理连接的最大数量。

• accept()

  • 功能: 接受连接请求，创建用于通信的新Socket。
  • 参数:
    • sockfd: 监听套接字。
    • addr: 客户端的地址信息结构体。
    • addrlen: addr 的长度。

• connect()

  • 功能: 客户端使用此函数连接到服务器。
  • 参数:
    • sockfd: 由 socket() 创建的文件描述符。
    • addr: 服务器的地址信息。
    • addrlen: addr 的长度。
  • 返回值: 成功返回 0，失败返回 -1。

• send() 和 recv()

  • send() 用于向对方发送数据，recv() 用于接收数据。
  • 参数:
    • sockfd: 通信的套接字。
    • buf: 数据缓冲区。
    • len: 缓冲区的大小。
    • flags: 标志位，一般为0。

4. 错误处理

在Socket编程中，经常会遇到错误。通常的做法是检查函数的返回值，若为 -1 则出错，并通过 errno 查看具体的错误原因。以下是一些常见的错误：

• EADDRINUSE: 地址已被使用。
• EADDRNOTAVAIL: 无效的地址。
• ECONNREFUSED: 连接被拒绝。
• ETIMEDOUT: 连接超时。

5. 高级特性

• 非阻塞I/O: 使用 fcntl() 设置Socket为非阻塞模式。
• 多路复用: 使用 select() 或 poll() 等函数同时监听多个Socket。

6. 示例代码

服务器端

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
int clientFd;
int serverFd;
void hand(int s){if(2 == s){//7 断开连接close(clientFd);close(serverFd);printf("bye bye 了勾八!\n");exit(1);}
}int main(){signal(2,hand);//1 创建socketserverFd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if(-1 == serverFd) printf("创建socket失败:%m!\n"),exit(-1);printf("创建socket成功!\n");//2 协议地址簇struct sockaddr_in addr={0};addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");//ip地址 注意字符串转网络字节序addr.sin_port = htons(8888);//端口号 用1W左右的  //3 绑定int r = bind(serverFd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof addr); if(-1 == r) printf("绑定失败:%m!\n"),close(serverFd),exit(-1);printf("绑定成功!\n");//4 监听r = listen(serverFd,100);//最大容量为100if(-1 == r) printf("监听失败:%m!\n"),close(serverFd),exit(-1);printf("监听成功!\n");//5 接受客户端连接struct sockaddr_in cAddr = {0};//用来接收客户端的协议地址簇int len = sizeof cAddr;clientFd = accept(serverFd,(struct sockaddr*)&cAddr,&len);if(-1 == clientFd) printf("服务器崩溃:%m\n"),close(serverFd),exit(-1);printf("接受客户端连接成功:%d %s %u\n",clientFd,inet_ntoa(cAddr.sin_addr),cAddr.sin_port);//6 通信char buff[1024];int n=0;char temp[1024];while(1){r = recv(clientFd,buff,1023,0);if(r > 0) {buff[r] = '\0';//添加字符串结束符号 '\0'printf("%d:%s\n",r,buff);sprintf(temp,"%d-%s",n++,buff);send(clientFd,temp,strlen(temp),0);}}
}

客户端

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
int fd;
void hand(int s){if(2 == s){//5 断开连接close(fd);printf("bye bye !\n");exit(1);}
}int main(){signal(2,hand);//1 创建socketfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if(-1 == fd) printf("创建socket失败:%m!\n"),exit(-1);printf("创建socket成功!\n");//2 协议地址簇struct sockaddr_in addr={0};addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");//ip地址 注意字符串转网络字节序addr.sin_port = htons(8888);//端口号 用1W左右的  大小端转换//3 连接服务器int r = connect(fd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof addr);if(-1 == r) printf("连接服务器失败:%m!\n"),exit(-1);printf("连接服务器成功!\n");//4 通信char buff[1024];char temp[1024];while(1){printf("请输入要发送给服务器的数据:");scanf("%s",buff);r = send(fd,buff,strlen(buff),0);printf("发送%d字节数据到服务器!\n",r);r = recv(fd,temp,1023,0);if(r>0){temp[r] = '\0';printf("服务器回复:%s\n",temp);}}
}

7. 结论

Socket编程是网络通信的基础，通过了解各种Socket API的使用，可以实现复杂的网络应用程序。在实际编程中，掌握错误处理和高级特性如非阻塞I/O和多路复用是非常重要的。