Linux网络编程实例详解(共14页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上Linux网络编程实例详解本文介绍了在Linux环境下的socket编程常用函数用法及socket编程的一般规则和客户/服务器模型的编程应注意的事项和常遇问题的解决方法，并举了具体代码实例。要理解本文所谈的技术问题需要读者具有一定C语言的编程经验和TCP/IP方面的基本知识。要实习本文的示例，需要Linux下的gcc编译平台支持。Socket定义网络的Socket数据传输是一种特殊的I/O，Socket也是一种文件描述符。Socket也具有一个类似于打开文件的函数调用Socket()，该函数返回一个整型的Socket描述符，随后的连接建立、数据传输等操作都是通过该So

2、cket实现的。常用的Socket类型有两种：流式SocketSOCK_STREAM和数据报式SocketSOCK_DGRAM。流式是一种面向连接的Socket，针对于面向连接的TCP服务应用；数据报式Socket是一种无连接的Socket，对应于无连接的UDP服务应用。Socket编程相关数据类型定义计算机数据存储有两种字节优先顺序：高位字节优先和低位字节优先。Intenet上数据以高位字节优先顺序在网络上传输，所以对于在内部是以低位字节优先方式存储数据的机器，在Internet上传输数据时就需要进行转换。我们要讨论的第一个结构类型是：struct sockaddr，该类型是用来保存sock

3、et信息的：struct sockaddr unsigned short sa_family; char sa_data14; ;sa_family一般为AF_INET；sa_data则包含该socket的IP地址和端口号。另外还有一种结构类型：struct sockaddr_in short int sin_family; unsigned short int sin_port; struct in_addr sin_addr; unsigned char sin_zero8; ;这个结构使用更为方便。sin_zero(它用来将sockaddr_in结构填充到与struct sockaddr

4、同样的长度)应该用bzero()或memset()函数将其置为零。指向sockaddr_in的指针和指向sockaddr的指针可以相互转换，这意味着如果一个函数所需参数类型是sockaddr时，你可以在函数调用的时候将一个指向sockaddr_in的指针转换为指向sockaddr的指针；或者相反。sin_family通常被赋AF_INET；in_port和sin_addr应该转换成为网络字节优先顺序；而sin_addr则不需要转换。我们下面讨论几个字节顺序转换函数：htons()-Host to Network Short ; htonl()-Host to Network longntohs

5、()-Network to Host Short ; ntohl()-Network to Host Long在这里，h表示host，n表示network，s表示short，l表示long。打开socket描述符、建立绑定并建立连接socket函数原型为：int socket(int domain, int type, int protocol);domain参数指定socket的类型：SOCK_STREAM或SOCK_DGRAM；protocol通常赋值“0”。Socket()调用返回一个整型socket描述符，你可以在后面的调用使用它。一旦通过socket调用返回一个socket描述符，你

6、应该将该socket与你本机上的一个端口相关联（往往当你在设计服务器端程序时需要调用该函数。随后你就可以在该端口监听服务请求;而客户端一般无须调用该函数）。Bind函数原型为：int bind(int sockfd,struct sockaddr *my_addr, int addrlen);Sockfd是一个socket描述符，my_addr是一个指向包含有本机IP地址及端口号等信息的sockaddr类型的指针;addrlen常被设置为sizeof(struct sockaddr)。最后，对于bind函数要说明的一点是，你可以用下面的赋值实现自动获得本机IP地址和随机获取一个没有被占用的端口

7、号：my_addr.sin_port = 0; my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; 通过将my_addr.sin_port置为0，函数会自动为你选择一个未占用的端口来使用。同样，通过将my_addr.sin_addr.s_addr置为INADDR_ANY，系统会自动填入本机IP地址。Bind()函数在成功被调用时返回0；遇到错误时返回“-1”并将errno置为相应的错误号。另外要注意的是，当调用函数时，一般不要将端口号置为小于1024的值，因为11024是保留端口号，你可以使用大于1024中任何一个没有被占用的端口号。Connect()函数用来与远端服务

8、器建立一个TCP连接，其函数原型为：int connect(int sockfd, struct sockaddr *serv_addr, int addrlen);Sockfd是目的服务器的sockt描述符；serv_addr是包含目的机IP地址和端口号的指针。遇到错误时返回-1，并且errno中包含相应的错误码。进行客户端程序设计无须调用bind()，因为这种情况下只需知道目的机器的IP地址，而客户通过哪个端口与服务器建立连接并不需要关心，内核会自动选择一个未被占用的端口供客户端来使用。Listen()监听是否有服务请求在服务器端程序中，当socket与某一端口捆绑以后，就需要监听该端口，

9、以便对到达的服务请求加以处理。int listen(int sockfd，int backlog);Sockfd是Socket系统调用返回的socket描述符；backlog指定在请求队列中允许的最大请求数，进入的连接请求将在队列中等待accept()它们（参考下文）。cklog对队列中等待服务的请求的数目进行了限制，大多数系统缺省值为20。当listen遇到错误时返回-1，errno被置为相应的错误码。故服务器端程序通常按下列顺序进行函数调用：socket(); bind(); listen(); accept()连接端口的服务请求。当某个客户端试图与服务器监听的端口连接时，该连接请求将排队

10、等待服务器accept()它。通过调用accept()函数为其建立一个连接，accept()函数将返回一个新的socket描述符，来供这个新连接来使用。而服务器可以继续在以前的那个socket上监听，同时可以在新的socket描述符上进行数据send()（发送）和recv()（接收）操作：int accept(int sockfd, void *addr, int *addrlen);sockfd是被监听的socket描述符，addr通常是一个指向sockaddr_in变量的指针，该变量用来存放提出连接请求服务的主机的信息（某台主机从某个端口发出该请求）；addrten通常为一个指向值为siz

11、eof(struct sockaddr_in)的整型指针变量。错误发生时返回一个-1并且设置相应的errno值。Send()和recv()数据传输这两个函数是用于面向连接的socket上进行数据传输。Send()函数原型为：int send(int sockfd, const void *msg, int len, int flags);Sockfd是你想用来传输数据的socket描述符，msg是一个指向要发送数据的指针。Len是以字节为单位的数据的长度。flags一般情况下置为0（关于该参数的用法可参照man手册）。char *msg = Beej was here!; int len，by

12、tes_sent; . .len = strlen(msg); bytes_sent = send(sockfd, msg,len,0); . .Send()函数返回实际上发送出的字节数，可能会少于你希望发送的数据。所以需要对send()的返回值进行测量。当send()返回值与len不匹配时，应该对这种情况进行处理。recv()函数原型为：int recv(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags);Sockfd是接受数据的socket描述符；buf是存放接收数据的缓冲区；len是缓冲的长度。Flags也被置为0。Recv()返回实际上接收

13、的字节数，或当出现错误时，返回-1并置相应的errno值。Sendto()和recvfrom()利用数据报方式进行数据传输在无连接的数据报socket方式下，由于本地socket并没有与远端机器建立连接，所以在发送数据时应指明目的地址，sendto()函数原型为：int sendto(int sockfd, const void *msg,int len,unsigned int flags, const struct sockaddr *to, int tolen);该函数比send()函数多了两个参数，to表示目地机的IP地址和端口号信息，而tolen常常被赋值为sizeof (struc

14、t sockaddr)。Sendto函数也返回实际发送的数据字节长度或在出现发送错误时返回-1。Recvfrom()函数原型为：int recvfrom(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int lags,struct sockaddr *from,int *fromlen);from是一个struct sockaddr类型的变量，该变量保存源机的IP地址及端口号。fromlen常置为sizeof (struct sockaddr)。当recvfrom()返回时，fromlen包含实际存入from中的数据字节数。Recvfrom()函数返回接收到的字节

15、数或当出现错误时返回-1，并置相应的errno。应注意的一点是，当你对于数据报socket调用了connect()函数时，你也可以利用send()和recv()进行数据传输，但该socket仍然是数据报socket，并且利用传输层的UDP服务。但在发送或接收数据报时，内核会自动为之加上目地和源地址信息。Close()和shutdown()结束数据传输当所有的数据操作结束以后，你可以调用close()函数来释放该socket，从而停止在该socket上的任何数据操作：close(sockfd);你也可以调用shutdown()函数来关闭该socket。该函数允许你只停止在某个方向上的数据传输，而

16、一个方向上的数据传输继续进行。如你可以关闭某socket的写操作而允许继续在该socket上接受数据，直至读入所有数据。int shutdown(int sockfd,int how);Sockfd的含义是显而易见的，而参数how可以设为下列值：0-不允许继续接收数据1-不允许继续发送数据2-不允许继续发送和接收数据，均为允许则调用close ()shutdown在操作成功时返回0，在出现错误时返回-1（并置相应errno）。DNS域名服务相关函数由于IP地址难以记忆和读写，所以为了读写记忆方便，人们常常用域名来表示主机，这就需要进行域名和IP地址的转换。函数gethostbyname()就是

17、完成这种转换的，函数原型为：struct hostent *gethostbyname(const char *name);函数返回一种名为hosten的结构类型，它的定义如下：struct hostent char *h_name; char *h_aliases; int h_addrtype; int h_length; char *h_addr_list; ;#define h_addr h_addr_list0 当gethostname()调用成功时，返回指向struct hosten的指针，当调用失败时返回-1。当调用gethostbyname时，你不能使用perror()函数来输

18、出错误信息，而应该使用herror()函数来输出。面向连接的客户/服务器代码实例这个服务器通过一个连接向客户发送字符串Hello，world!。只要在服务器上运行该服务器软件，在客户端运行客户软件，客户端就会收到该字符串。该服务器软件代码见程序1：i nclude stdio.hi nclude stdlib.hi nclude errno.hi nclude string.hi nclude sys/types.hi nclude netinet/in.hi nclude sys/socket.hi nclude sys/wait.h#define MYPORT 3490 #define B

19、ACKLOG 10 main()intsock fd,new_fd; struct sockaddr_in my_addr; struct sockaddr_in their_addr; int sin_size;if (sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0) = -1) perror(socket); exit(1); my_addr.sin_family=AF_INET;my_addr.sin_port=htons(MYPORT);my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;bzero(&(my_addr.sin_ze

20、ro),8);if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&my_addr, sizeof(struct sockaddr) = -1) perror(bind); exit(1); if (listen(sockfd, BACKLOG) = -1) perror(listen); exit(1); while(1) sin_size = sizeof(struct sockaddr_in);if (new_fd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&their_addr, &sin_size) = -1) perror(acce

21、pt); continue; printf(server: got connection from %s,inet_ntoa(their_addr.sin_addr);if (!fork() if (send(new_fd, Hello, world!, 14, 0) = -1)perror(send); close(new_fd); exit(0); close(new_fd); waitpid(-1,NULL,WNOHANG) 0 （程序1）服务器首先创建一个Socket，然后将该Socket与本地地址/端口号捆绑，成功之后就在相应的socket上监听，当accpet捕捉到一个连接服务请求

22、时，就生成一个新的socket，并通过这个新的socket向客户端发送字符串Hello，world!，然后关闭该socket。fork()函数生成一个子进程来处理数据传输部分，fork()语句对于子进程返回的值为0。所以包含fork函数的if语句是子进程代码部分，它与if语句后面的父进程代码部分是并发执行的。客户端软件代码部分见程序2：i ncludestdio.hi nclude stdlib.hi nclude errno.hi nclude string.hi nclude netdb.hi nclude sys/types.hi nclude netinet/in.hi nclude

23、sys/socket.h#define PORT 3490#define MAXDATASIZE 100 int main(int argc, char *argv)int sockfd, numbytes;char bufMAXDATASIZE;struct hostent *he;struct sockaddr_in their_addr;if (argc != 2) fprintf(stderr,usage: client hostname); exit(1); if(he=gethostbyname(argv1)=NULL) herror(gethostbyname);exit(1);

24、 if (sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0) = -1) perror(socket); exit(1); their_addr.sin_family=AF_INET;their_addr.sin_port=htons(PORT);their_addr.sin_addr = *(struct in_addr *)he-h_addr);bzero(&(their_addr.sin_zero),8);if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&their_addr, sizeof(struct sockaddr) =

25、 -1) perror(connect); exit(1); if (numbytes=recv(sockfd, buf, MAXDATASIZE, 0) = -1) perror(recv); exit(1); bufnumbytes = ;printf(Received: %s,buf);close(sockfd);return 0;（程序2）客户端代码相对来说要简单一些，首先通过服务器域名获得其IP地址，然后创建一个socket，调用connect函数与服务器建立连接，连接成功之后接收从服务器发送过来的数据，最后关闭socket，结束程序。无连接的客户/服务器程序的在原理上和连接的客户/

26、服务器是一样的，两者的区别在于无连接的客户/服务器中的客户一般不需要建立连接，而且在发送接收数据时，需要指定远端机的地址。关于阻塞(blocking)的概念和select()函数当服务器运行到accept语句时，而没有客户连接服务请求到来，那么会发生什么情况?这时服务器就会停止在accept语句上等待连接服务请求的到来；同样，当程序运行到接收数据语句时，如果没有数据可以读取，则程序同样会停止在接收语句上。这种情况称为blocking。但如果你希望服务器仅仅注意检查是否有客户在等待连接，有就接受连接;否则就继续做其他事情，则可以通过将Socke设置为非阻塞方式来实现:非阻塞socket在没有客户

27、在等待时就使accept调用立即返回。i nclude unistd.hi nclude fcntl.h. . . .；sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);fcntl(sockfd,F_SETFL,O_NONBLOCK)；. . . . .通过设置socket为非阻塞方式，可以实现“轮询”若干Socket。当企图从一个没有数据等待处理的非阻塞Socket读入数据时，函数将立即返回，并且返回值置为-1，并且errno置为EWOULDBLOCK。但是这种“轮询”会使CPU处于忙等待方式，从而降低性能。考虑到这种情况，假设你希望服务器监听连接服务请求的同时从

28、已经建立的连接读取数据，你也许会想到用一个accept语句和多个recv()语句，但是由于accept及recv都是会阻塞的，所以这个想法显然不会成功。调用非阻塞的socket会大大地浪费系统资源。而调用select()会有效地解决这个问题，它允许你把进程本身挂起来，而同时使系统内核监听所要求的一组文件描述符的任何活动，只要确认在任何被监控的文件描述符上出现活动，select()调用将返回指示该文件描述符已准备好的信息，从而实现了为进程选出随机的变化，而不必由进程本身对输入进行测试而浪费CPU开销。Select函数原型为:int select(int numfds,fd_set *readfd

29、s,fd_set *writefds，fd_set *exeptfds,struct timeval *timeout);其中readfds、writefds、exceptfds分别是被select()监视的读、写和异常处理的文件描述符集合。如果你希望确定是否可以从标准输入和某个socket描述符读取数据，你只需要将标准输入的文件描述符0和相应的sockdtfd加入到readfds集合中；numfds的值是需要检查的号码最高的文件描述符加1，这个例子中numfds的值应为sockfd+1；当select返回时，readfds将被修改，指示某个文件描述符已经准备被读取，你可以通过FD_ISSSE

30、T()来测试。为了实现fd_set中对应的文件描述符的设置、复位和测试，它提供了一组宏：FD_ZERO(fd_set *set)-清除一个文件描述符集；FD_SET(int fd,fd_set *set)-将一个文件描述符加入文件描述符集中；FD_CLR(int fd,fd_set *set)-将一个文件描述符从文件描述符集中清除；FD_ISSET(int fd,fd_set *set)-试判断是否文件描述符被置位。Timeout参数是一个指向struct timeval类型的指针，它可以使select()在等待timeout长时间后没有文件描述符准备好即返回。struct timeval数据

31、结构为：struct timeval int tv_sec; int tv_usec; ;我们通过程序3来说明：i nclude sys/time.hi nclude sys/types.hi nclude unistd.h#define STDIN 0 main()struct timeval tv;fd_set readfds;tv.tv_sec = 2;tv.tv_usec = ;FD_ZERO(&readfds);FD_SET(STDIN,&readfds);select(STDIN+1，&readfds，NULL，NULL，&tv);if (FD_ISSET(STDIN，&readfds) printf(A key was pressed!);else printf(Timed out.);（程序3）select()在被监视端口等待2.5秒钟以后，就从select返回专心-专注-专业