socket概览

这是继signal, pthread后的第三篇，socket系列，代表的是进程间通讯和网络通讯。我没有读过unp，对网络编程一窍不通(虽然我挺想学的)。 主要着重记录socket一些基础概念以便以后翻阅，用途也主要用于IPC。IPC(进程间通讯)有很多种方式，FIFO,system V IPC,Posix IPC，socket, signal,PIPE等，各有优劣，都是时代的眼泪，不同的主机(微机，巨型机)，不同的操作系统贡献了不同的方式。我个人比较喜欢用signal的方式，因为写起来简单，但是仅限于简单的通知某进程。如果在进程间要传递数据，socket是不二之选，因为它很容易被扩展到网络上的不同主机上。socket虽然起源于BSD, 但是现在在SUSv3标准里，所以不用担心移植性。

提到socket就不能不提到IO复用的概念，主要指select,poll以及Linux的epoll，BSD的kqueue系列函数。这允许我们同时对许多许多个IO进行监控(socket也是一种IO操作)，现代高性能网络库的基石。不过这篇文章里不会讲epoll的概念。

一个socket通讯建立的基本流程¹:

• 客户端(client)

  • 创建一个socket (socket())
  • 把socket连接到server的地址上(也许是IP，也许是本地的一个文件) ( connect())
  • 接收/写数据 (read/write)

• 服务端(server)

  • 创建一个socket
  • 把socket绑定到某个地址上，互联网的socket是ip地址加端口号，本地socket是一个文件地址
  • 监听socket上的连接(listen)
  • 监听到连接后，接收连接(accept())
  • 接受/写数据

socket的创建

#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);
//return fd of socket

第一个参数domain决定了socket是网络socket还是本地socket，这影响了socket addr结构体的选择。

domain可以选择的参数包括:

第二个参数type指socket底层通讯的类型。至少可选的是SOCK_STREAM和SOCK_DGRAM两种类型，分别对应tcp/udp两种协议。(tcp需要建立连接，信息可以信赖; udp不需要建立连接，但是信息可能会丢失或者乱序)。

注意：Linux 2.6内核以后，type参数可以通过OR操作传额外的flag到socket类型中。典型的是传SOCK_NONBLOCK,这个socket的读写操作不允许阻塞。

TCP socket

先贴一张TCP socket的流程图²。

socket的绑定

#include <sys/socket.h>
int bind(int sockfd, const struct sockaddr* addr, socklen_t addrlen);
//return 0 or -1

C语言没有多态和函数重载的阵痛: 每种socket对应不同的sockaddr_xx类型,但是在调用bind的时候必须要强转类型到sockaddr上，并传入正确的长度。

listen和accept

#include <sys/socket.h>
int listen(int sockfd, int backlog);
int accept(int sockfd,struct sockaddr* addr,socklen_t *addrlen); //return new sockfd when success

listen会将指定的sockfd标为被动模式，被标记的sockfd会用来接受其他socket的连接。backlog参数是指在server accept客户端的connect请求之前，最大排队请求连接的数量。

accept会创建一个新的socket,而这个新的socket会和请求connect的客户端socket连接在一起。一个服务器应用一般创建一个监听socket，绑定到一个公开的地址上(ip+port),客户端与这个公开地址请求连接(connect),但是连接成对的socket将会是一个新的socket，而不是这个正在listen的socket。accept还会返回客户端的地址和结构体长度。

connect

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

没什么好说的，把客户端的sockfd连接到addr所指定的位置上。

UDP socket

流程图²

recvfrom & sento

udp socket名义上是connect-less的，但是实际上也可以使用connect. 把udp socket连接起来依然可以获得像tcp socket那样的伙伴关系(pair socket),意味着可以使用read/write统一IO操作。 udp socket也可以向任意socket发送数据。

sszie_t recvfrom(int sockfd, void* buffer,size_t length, int flags, struct sockaddr* src_addr, socklen_t * addrlen);
sszie_t sendto(int sockfd, const void* buffer,size_t length, int flags,const  struct sockaddr* src_addr, socklen_t * addrlen);
//return bytes sent/received or -1 on error

API都比较直观。recvfrom指定从sockfd中接收数据，并指定缓存区的大小，还会记录数据的来源地址。sendto需要指定要使用的socket以及目标地址。不管是recvfrom/sendto,超出length的数据会被直接截断。