Proxy源代码分析--谈谈如何学习linux网络编程.pdf
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1、Proxy源代码分析-谈谈如何学习linux网络编程来源:本文出自:http:/www.china- 作者:李培源(2001-08-10 12:00:00)Linux是一个可靠性非常高的操作系统,但是所有用过Linux的朋友都会感觉到,Linux和Windows这样的傻瓜操作系统(这里丝毫没有贬低Windows的意思,相反这应该是Windows的优点)相比,后者无疑在易操作性上更胜一筹。但是为什么又有那么多的爱好者钟情于Linux呢,当然自由是最吸引人的一点,另外Linux强大的功能也是一个非常重要的原因,尤其是Linux强大的网络功能更是引人注目。放眼今天的WAP业务、银行网络业务和曾经红透
2、半边天的电子商务,都越来越倚重基于Linux的解决方案。因此Linux网络编程是非常重要的,而且当我们一接触到Linux网络编程,我们就会发现这是一件非常有意思的事情,因为以前一些关于网络通信概念似是而非的地方,在这一段段代码面前马上就豁然开朗了。在刚开始学习编程的时候总是让人感觉有点理不清头绪,不过只要多读几段代码,很快我们就能体会到其中的乐趣了。下面我就从一段Proxy源代码开始,谈谈如何进行Linux网络编程。首先声明,这段源代码不是我编写的,让我们感谢这位名叫Carl Harris的大虾,是他编写了这段代码并将其散播到网上供大家学习讨论。这段代码虽然只是描述了最简单的proxy操作,但
3、它的确是经典,它不仅清晰地描述了客户机/服务器系统的概念,而且几乎包括了Linux网络编程的方方面面,非常适合Linux网络编程的初学者学习。这段Proxy程序的用法是这样的,我们可以使用这个proxy登录其它主机的服务端口。假如编译后生成了名为Proxy的可执行文件,那么命令及其参数的描述为:./Proxy 其中参数proxy_port是指由我们指定的代理服务器端口。参数remote_host是指我们希望连接的远程主机的主机名,IP地址也同样有效。这个主机名在网络上应该是唯一的,如果您不确定的话,可以在远程主机上使用uname-n命令查看一下。参数service_port是远程主机可提供的服
4、务名,也可直接键入服务对应的端口号。这个命令的相应操作是将代理服务器的proxy_port端口绑定到remote_host的service_port端口。然后我们就可以通过代理服务器的proxy_port端口访问remote_host了。例如一台计算机,网络主机名是legends,IP地址为10.10.8.221,如果在我的计算机上执行:rootlee/root#./proxy 8000 legends telnet那么我们就可以通过下面这条命令访问legends的telnet端口。-rootlee/root#telnet legends 8000Trying 10.10.8.221.Conn
5、ected to legends(10.10.8.221).Escape character is Red Hat Linux release 6.2(Zoot)Kernel 2.2.14-5.0 on an i686Login:-上面的绑定操作也可以使用下面的命令:rootlee/root#./proxy 8000 10.10.8.221 2323是telnet服务的标准端口号,其它服务的对应端口号我们可以在/etc/services中查看。下面我就从这段代码出发谈谈我对Linux网络编程的一些粗浅的认识,不对的地方还请各位大虾多多批评指正。main()函数-#include#include
6、#include#include#include#include#include#include#include#include#include#define TCP_PROTOtcpint proxy_port;/*port to listen for proxy connections on*/struct sockaddr_in hostaddr;/*host addr assembled from gethostbyname()*/extern int errno;/*defined by libc.a*/extern char*sys_myerrlist;void parse_arg
7、s(int argc,char*argv);void daemonize(int servfd);void do_proxy(int usersockfd);void reap_status(void);void errorout(char*msg);/*This is my modification.Ill tell you why we must do this later*/typedef void Signal(int);/*function:maindescription:Main level driver.After daemonizing the process,a socket
8、 is openedto listen forconnections on the proxy port,connections are acceptedand children are spawned tohandle each new connection.arguments:argc,argv you know what those are.return value:none.calls:parse_args,do_proxy.globals:reads proxy_port.*/main(argc,argv)int argc;char*argv;int clilen;int child
9、pid;int sockfd,newsockfd;struct sockaddr_in servaddr,cliaddr;parse_args(argc,argv);/*prepare an address struct to listen for connections*/bzero(char*)&servaddr,sizeof(servaddr);servaddr.sin_family=AF_INET;servaddr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);servaddr.sin_port=proxy_port;/*get a socket.*/if(soc
10、kfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)0)fputs(failed to create server socketrn,stderr);exit(1);/*.and bind our address and port to it*/if(bind(sockfd,(struct sockaddr_in*)&servaddr,sizeof(servaddr)0)fputs(faild to bind server socket to specified portrn,stderr);exit(1);/*get ready to accept with at most 5
11、 clients waiting to connect*/listen(sockfd,5);/*turn ourselves into a daemon*/daemonize(sockfd);/*fall into a loop to accept new connections and spawn children*/while(1)/*accept the next connection*/clilen=sizeof(cliaddr);newsockfd=accept(sockfd,(struct sockaddr_in*)&cliaddr,&clilen);if(newsockfd 0&
12、errno=EINTR)continue;/*a signal might interrupt our accept()call*/else if(newsockfd 0)/*something quite amiss-kill the server*/errorout(failed to accept connection);/*fork a child to handle this connection*/if(childpid=fork()=0)close(sockfd);do_proxy(newsockfd);exit(0);/*if fork()failed,the connecti
13、on is silently dropped-oops!*/lose(newsockfd);-上面就是Proxy源代码的主程序部分,也许您在网上也曾经看到过这段代码,不过细心的您会发现在上面这段代码中我修改了两个地方,都是在预编译部分。一个地方是在定义外部字符型指针数组时,我将原代码中的extern char*sys_errlist;修改为extern char*sys_myerrlist;原因是在我的Linux环境下头文件stdio.h已经对sys_errlist进行了如下定义:extern _const char*_const sys_errlist;也许Carl Harris在94年编写
14、这段代码时系统还没有定义sys_errlist,不过现在我们不修改一下的话,编译时系统就会告诉我们sys_errlist发生了定义冲突。另外我添加了一个函数类型定义:typedef void Sigfunc(int);具体原因我将在后面向大家解释。套接字和套接字地址结构定义这段主程序是一段典型的服务器程序。网络通讯最重要的就是套接字的使用,在程序的一开始就对套接字描述符sockfd和newsockfd进行了定义。接下来定义客户机/服务器的套接字地址 结 构 cliaddr 和 servaddr,存 储 客 户 机/服 务 器 的 有 关 通 信 信 息。然 后 调 用parse_args(ar
15、gc,argv)函数处理命令参数。关于这个parse_args()函数我们待会儿再做介绍。创建通信套接字下面就是建立一个服务器的详细过程。服务器程序的第一个操作是创建一个套接字。这是通过调用函数socket()来实现的。socket()函数的具体描述为:-#include#include int socket(int domain,int type,int protocol);-参数domain指定套接字使用的协议族,AF_INET表示使用TCP/IP协议族,AF_UNIX表示使用Unix协议族,AF_ISO表示套接字使用ISO协议族。type指定套接字类型,一般的面向连接通信类型(如TCP)
16、设置为SOCK_STREAM,当套接字为数据报类型时,type应设置为SOCK_DGRAM,如果是可以直接访问IP协议的原始套接字则type应设置为SOCK_RAW。参数protocol一般设置为0,表示使用默认协议。当socket()函数成功执行时,返回一个标志这个套接字的描述符,如果出错则返回-1,并设置errno为相应的错误类型。设置服务器套接字地址结构在通常情况下,首先要将描述服务器信息的套接字地址结构清零,然后在地址结构中填入相应的内容,准备接受客户机送来的连接建立请求。这个清零操作可以用多种字节处理函数来实现,例如bzero()、bcopy()、memset()、memcpy()等
17、,以字母b开始的两个函数是和BSD系统兼容的,而后面两个是ANSI C提供的函数。这段代码中使用的bzero()其描述为:void bzero(void*s,int n);函数的具体操作是将参数s指定的内存的前n个字节清零。memset()同样也很常用,其描述为:void*memset(void*s,int c,size_t n);具体操作是将参数s指定的内存区域的前n个字节设置为参数c的内容。下一步就是在已经清零的服务器套接字地址结构中填入相应的内容。Linux系统的套接字是一个通用的网络编程接口,它应该支持多种网络通信协议,每一种协议都使用专门为自己定义的套接字地址结构(例如TCP/IP网
18、络的套接字地址结构就是struct sockaddr_in)。不过为了保持套接字函数调用参数的一致性,Linux系统还定义了一种通用的套接字地址结构:-struct sockaddrunsigned short sa_family;/*address type*/char sa_data14;/*protocol address*/-其中sa_family意指套接字使用的协议族地址类型,对于我们的TCP/IP网络,其值应该是AF_INET,sa_data中存储具体的协议地址,不同的协议族有不同的地址格式。这个通用的套接字地址结构一般不用做定义具体的实例,但是常用做套接字地址结构的强制类型转换,
19、如我们经常可以看到这样的用法:bind(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)用于TCP/IP协议族的套接字地址结构是sockaddr_in,其定义为:-struct in_addr_u32 s_addr;struct sochaddr_inshort int sin_family;unsigned short int sin_port;struct in_addr sin_addr;/*This part has not been taken into use yet*/nsigned char_ _ pad_ _ SOCK_S
20、IZE_-sizeof(short int)-sizeof(unsigned shortint)-sizeof(struct in_addr);#define sin_zero_-pad-其中sin_zero成员并未使用,它是为了和通用套接字地址struct sockaddr兼容而特意引入的。在编程时,一般都通过bzero()或是memset()将其置零。其他成员的设置一般是这样的:servaddr.sin_family=AF_INET;表示套接字使用TCP/IP协议族。servaddr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);设置服务器套接字的IP地址为特殊值IN
21、ADDR_ANY,这表示服务器愿意接收来自任何网络设备接口的客户机连接。htonl()函数的意思是将主机顺序的字节转换成网络顺序的字节。servaddr.sin_port=htons(PORT);设置通信端口号,PORT应该是我们已经定义好的。在本例中servaddr.sin_port=proxy_port;这是表示端口号是函数的返回值proxy_port。另 外需要 说明 的一 点是,在 本例 中,我们并 没有 看到 在预 编译 部分 中包 含有和这两个头文件,那是因为这两个头文件已经分别被包含在和中了,而且后面这两个头文件是与平台无关的,所以在网络通信中一般都使用这两个头文件。服务器公开地
22、址如果服务器要接受客户机的连接请求,那么它必须先要在整个网络上公开自己的地址。在设置了服务器的套接字地址结构之后,可以通过调用函数bind()绑定服务器的地址和套接字来完成公开地址的操作。函数bind()的详细描述为:-#include#include int bind(int sockfd,struct sockaddr*addr,int addrlen);-参数sockfd是我们通过调用socket()创建的套接字描述符。参数addr是本机地址,参数addrlen是套接字地址结构的长度。函数执行成功时返回0,否则返回-1,并设置errno变量为EADDRINUAER。如果是服务器调用bin
23、d()函数,如果设置了套接字的IP地址为某个本地IP地址,那么这表示服务器只接受来自于这个IP地址的特定主机发出的连接请求。不过一般情况下都是将IP地址设置为INADDR_ANY,以便接受所有网络设备接口送来的连接请求。客户机一般是不会调用bind()函数的,因为客户机在连接时不用指定自己的套接字地址端口号,系统会自动为客户机选择一个未用端口号,并且用本地IP地址自动填充客户机套接字地址结构中的相应项。但是在某些特定的情况下客户机需要使用特定的端口号,例如Linux中的rlogin命令就要求使用保留端口号,而系统是不能为客户机自动分配保留端口号的,这就需要调用bind()来绑定一个保留端口号了
24、。不过在一些特殊的环境下,这样绑定特定端口号也会带来一些负面影响,如在HTTP服务器进入TIME_WAIT状态后,客户机如果要求再次与服务器建立连接,则服务器会拒绝这一连接请求。如果客户机最后进入TIME_WAIT状态,则马上再次执行bind()函数时会返回出错信息-1,原因是系统会认为同时有两次连接绑定同一个端口。转换Listening套接字接下来,服务器需要将我们刚才与IP地址和端口号完成绑定的套接字转换成倾听listening套接字。只有服务器程序才需要执行这一步操作。我们通过调用函数listen()实现这一操作。listen()的详细描述为:-#include int listen(i
25、nt sockfd,int backlog);-参数sockfd指定我们要求转换的套接字描述符,参数backlog设置请求队列的最大长度。函数listen()主要完成以下操作。首先是将套接字转换成倾听套接字。因为函数socket()创建的套接字都是主动套接字,所以客户机可以通过调用函数connect()来使用这样的套接字主动和服务器建立连接。而服务器的情况恰恰相反,服务器需要通过套接字接收客户机的连接请求,这就需要一个被动套接字。listen()就可将一个尚未连接的主动套接字转换成为这样的被动套接字,也就是倾听套接字。在执行了listen()函数之后,服务器的TCP就由CLOSED变成LIST
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