一. 网络进程通信       网间进程通信要解决的是不同主机进程间的相互通信问题。首先要解决的是网间进程标识问题。同一主机上，不同进程可用进程号（process ID）唯一标识。但在网络环境下，各主机独立分配的进程号不能唯一标识该进程。例如，主机A赋于某进程号5，在B机中也可以存在5号进程，因此，“5号进程”这句话就没有意义了。 其次，操作系统支持的网络协议众多，不同协议的工作方式不同，地址格式也不同。因此，网间进程通信还要解决多重协议的识别问题。      TCP/IP协议族已经帮我们解决了这个问题，网络层的“ip地址”可以唯一标识网络中的主机，而传输层的“协议+端口”可以唯一标识主机中的应用程序（进程）。这样利用三元组（ip地址，协议，端口）就可以标识网络的进程了，网络中的进程通信就可以利用这个标志与其它进程进行交互。 二.认识TCP/IP 与 UDP      TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）即传输控制协议/网间协议，是一个工业标准的协议集，它是为广域网（WANs）设计的。       TCP/IP协议存在于OS中，网络服务通过OS提供，在OS中增加支持TCP/IP的系统调用——Berkeley套接字，如Socket，Connect，Send，Recv等          UDP（User Data Protocol，用户数据报协议）是与TCP相对应的协议。它是属于TCP/IP协议族中的一种。如      TCP/IP协议族包括运输层、网络层、链路层，而socket所在位置如图，Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层 三.什么是socket     初步认识： 1.生活中的Socket：socket直译是“插座/适配器”，类似我们生活常见的插座那样，只要符合规则即可用插入插孔进行充电。这个充电过程中的插座类比企业服务器，插头类比用户，流转的电子信号，类比服务器和用户之间交换的数据。继续延伸解读，用户A充电完成后需要拔掉插头，用户B才能连接到插座（服务器）。这个过程就形成了大家所熟知的C/S模式，即client（主动请求方）/Server（被动连接房）。   2.在生活中，A要电话给B，A拨号，B听到电话铃声后提起电话，这时A和B就建立起了连接，A和B就可以讲话了。等交流结束，挂断电话结束此次交谈。 打电话过程很简单解释了socket提供服务器和客户端这工作模式：“open—write/read—close”   3. 编程中的socket     每一个 Socket 都用一个半相关描述:{协议，本地地址，本地端口     一个完整的 Socket 则用一个相关描述{协议，本地地址，本地端口，远程地址，远程端口}     每一个 Socket 有一个本地的唯一 Socket 号，由操作系统分配     1.socket套接字      socket起源于Unix，而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”，都可以用“打开open –> 读写write/read –> 关闭close”模式来操作。Socket就是该模式的一个实现，        socket即是一种特殊的文件，一些socket函数就是对其进行的操作（读/写IO、打开、关闭）.     2.套接字描述符       其实就是一个整数，我们最熟悉的句柄是0、1、2三个，0是标准输入，1是标准输出，2是标准错误输出。0、1、2是整数表示的，对应的FILE *结构的表示就是stdin、stdout、stderr   套接字API与系统的其他I/O设备集成在一起。特别是，当应用程序要为因特网通信而创建一个套接字（socket）时，操作系统就返回一个小整数作为描述符（descriptor）来标识这个套接字。然后，应用程序以该描述符作为传递参数，通过调用函数来完成某种操作（例如通过网络传送数据或接收输入的数据）。 在许多操作系统中，套接字描述符和其他I/O描述符是集成在一起的，所以应用程序可以对文件进行套接字I/O或I/O读/写操作。 当应用程序要创建一个套接字时，操作系统就返回一个小整数作为描述符，应用程序则使用这个描述符来引用该套接字需要I/O请求的应用程序请求操作系统打开一个文件。操作系统就创建一个文件描述符提供给应用程序访问文件。从应用程序的角度看，文件描述符是一个整数，应用程序可以用它来读写文件。下图显示，操作系统如何把文件描述符实现为一个指针数组，这些指针指向内部数据结构。 对于每个程序系统都有一张单独的表。精确地讲，系统为每个运行的进程维护一张单独的文件描述符表。当进程打开一个文件时，系统把一个指向此文件内部数据结构的指针写入文件描述符表，并把该表的索引值返回给调用者 。应用程序只需记住这个描述符，并在以后操作该文件时使用它。操作系统把该描述符作为索引访问进程描述符表，通过指针找到保存该文件所有的信息的数据结构。   针对套接字的系统数据结构： 1）、套接字API里有个函数socket，它就是用来创建一个套接字。套接字设计的总体思路是，单个系统调用就可以创建任何套接字，因为套接字是相当笼统的。一旦套接字创建后，应用程序还需要调用其他函数来指定具体细节。例如调用socket将创建一个新的描述符条目：   2）、虽然套接字的内部数据结构包含很多字段，但是系统创建套接字后，大多数字字段没有填写。应用程序创建套接字后在该套接字可以使用之前，必须调用其他的过程来填充这些字段。 套接字的三种类型套接字有三种类型:流式套接字(SOCK_STREAM)，数据报套接字(SOCK_DGRAM)及(Raw)原始套接字。 1.流式套接字(SOCK_STREAM)  流式的套接字可以提供可靠的、面向连接的通讯流。如果你通过流式套接字发送的数据为:“1”、“2”。那么数据到达远程时候的顺序也是“1”、“2”。   2.数据报套接字(SOCK_DGRAM)  数据报套接字定义了一种无连接的服务，数据通过相互独立的报文进行传输，是无序的，并且不保证可靠，无差错。   3.原始套接字  原始套接字主要用于一些协议的开发，可以进行比较底层的操作。它功能强大，但是没有上面介绍的两种套接字使用方便，一般的程序也涉及不到原始套接字。   3、文件描述符和文件指针的区别： 文件描述符：在linux系统中打开文件就会获得文件描述符，它是个很小的正整数。每个进程在PCB（Process Control Block）中保存着一份文件描述符表，文件描述符就是这个表的索引，每个表项都有一个指向已打开文件的指针。 文件指针：C语言中使用文件指针做为I/O的句柄。文件指针指向进程用户区中的一个被称为FILE结构的数据结构。FILE结构包括一个缓冲区和一个文件描述符。而文件描述符是文件描述符表的一个索引，因此从某种意义上说文件指针就是句柄的句柄（在Windows系统上，文件描述符被称作文件句柄）。   4. 基本的SOCKET接口函数 在生活中，A要电话给B，A拨号，B听到电话铃声后提起电话，这时A和B就建立起了连接，A和B就可以讲话了。等交流结束，挂断电话结束此次交谈。  打电话很简单解释了这工作原理：“open—write/read—close”模式。 服务器端先初始化Socket，然后与端口绑定(bind)，对端口进行监听(listen)，调用accept阻塞，等待客户端连接。在这时如果有个客户端初始化一个Socket，然后连接服务器(connect)，如果连接成功，这时客户端与服务器端的连接就建立了。客户端发送数据请求，服务器端接收请求并处理请求，然后把回应数据发送给客户端，客户端读取数据，最后关闭连接，一次交互结束。     4.1、socket()函数           NAME        socket - create an endpoint for communication   SYNOPSIS        #include           /* See NOTES */        #include          int socket(int protofamily, int type, int protocol);   //返回sockfd描述符   DESCRIPTION        socket() creates an endpoint for communication and returns a descriptor.            sockfd是描述符。     socket函数对应于普通文件的打开操作。普通文件的打开操作返回一个文件描述字，而socket()用于创建一个socket描述符（socket descriptor），它唯一标识一个socket。这个socket描述字跟文件描述字一样，后续的操作都有用到它，把它作为参数，通过它来进行一些读写操作。         正如可以给fopen的传入不同参数值，以打开不同的文件。创建socket的时候，也可以指定不同的参数创建不同的socket描述符，socket函数的三个参数分别为：     protofamily：即协议域，又称为协议族（family）。常用的协议族有，AF_INET(IPV4)、    AF_INET6(IPV6)、AF_LOCAL（或称AF_UNIX，Unix域socket）、AF_ROUTE等等。协议族决定了socket的地址类型，在通信中必须采用对应的地址，如AF_INET决定了要用ipv4地址（32位的）与端口号（16位的）的组合、AF_UNIX决定了要用一个绝对路径名作为地址。   type：指定socket类型。常用的socket类型有，SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等等（socket的类型有哪些？）。       protocol：故名思意，就是指定协议。常用的协议有，IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等，它们分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议   注意：并不是上面的type和protocol可以随意组合的，如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP组合。当protocol为0时，会自动选择type类型对应的默认协议。   当我们调用socket创建一个socket时，返回的socket描述字它存在于协议族（address family，AF_XXX）空间中，但没有一个具体的地址。如果想要给它赋值一个地址，就必须调用bind()函数，否则就当调用connect()、listen()时系统会自动随机分配一个端口。   4.2、bind()函数   正如上面所说bind()函数把一个地址族中的特定地址赋给socket。例如对应AF_INET、AF_INET6就是把一个ipv4或ipv6地址和端口号组合赋给socket。     NAME        bind - bind a name to a socket   SYNOPSIS        #include           /* See NOTES */        #include          int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,                 socklen_t addrlen);   函数的三个参数分别为：      sockfd：即socket描述字，它是通过socket()函数创建了，唯一标识一个socket。bind()函数就是将给这个描述字绑定一个名字。    addr：一个const struct sockaddr *指针，指向要绑定给sockfd的协议地址。这个地址结构根据地址创建socket时的地址协议族的不同而不同，如ipv4对应的是： struct sockaddr_in {     sa_family_t    sin_family; /* address family: AF_INET */协议族     in_port_t      sin_port;   /* port in network byte order */端口号     struct in_addr sin_addr;   /* internet address */IP地址 };   /* Internet address. */ struct in_addr {     uint32_t       s_addr;     /* address in network byte order */ }; ipv6对应的是： struct sockaddr_in6 {     sa_family_t     sin6_family;   /* AF_INET6 */协议族     in_port_t       sin6_port;     /* port number */端口号     uint32_t        sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */     struct in6_addr sin6_addr;     /* IPv6 address */IP地址     uint32_t        sin6_scope_id; /* Scope ID (new in 2.4) */ };   struct in6_addr {     unsigned char   s6_addr[16];   /* IPv6 address */ };       Unix域对应的是： #define UNIX_PATH_MAX    108   struct sockaddr_un {     sa_family_t sun_family;               /* AF_UNIX */     char        sun_path[UNIX_PATH_MAX];  /* pathname */ };   addrlen：对应的是地址的长度。   通常服务器在启动的时候都会绑定一个众所周知的地址（如ip地址+端口号），用于提供服务，客户就可以通过它来接连服务器；而客户端就不用指定，有系统自动分配一个端口号和自身的ip地址组合。这就是为什么通常服务器端在listen之前会调用bind()，而客户端就不会调用，而是在connect()时由系统随机生成一个。   网络字节序与主机字节序 主机字节序就是我们平常说的大端和小端模式：不同的CPU有不同的字节序类型，这些字节序是指整数在内存中保存的顺序，这个叫做主机序。引用标准的Big-Endian和Little-Endian的定义如下： 　　a) Little-Endian就是低位字节排放在内存的低地址端，高位字节排放在内存的高地址端。 　　b) Big-Endian就是高位字节排放在内存的低地址端，低位字节排放在内存的高地址端。   网络字节序：4个字节的32 bit值以下面的次序传输：首先是0～7bit，其次8～15bit，然后16～23bit，最后是24~31bit。这种传输次序称作大端字节序。由于TCP/IP首部中所有的二进制整数在网络中传输时都要求以这种次序，因此它又称作网络字节序。字节序，顾名思义字节的顺序，就是大于一个字节类型的数据在内存中的存放顺序，一个字节的数据没有顺序的问题了。 所以：在将一个地址绑定到socket的时候，请先将主机字节序转换成为网络字节序，而不要假定主机字节序跟网络字节序一样使用的是Big-Endian。由于这个问题曾引发过血案！公司项目代码中由于存在这个问题，导致了很多莫名其妙的问题，所以请谨记对主机字节序不要做任何假定，务必将其转化为网络字节序再赋给socket。   4.3、listen()、connect()函数  如果作为一个服务器，在调用socket()、bind()之后就会调用listen()来监听这个socket，如果客户端这时调用connect()发出连接请求，服务器端就会接收到这个请求。 int listen(int sockfd, int backlog);   int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);   listen函数的第一个参数即为要监听的socket描述字，第二个参数为相应socket可以排队的最大连接个数。socket()函数创建的socket默认是一个主动类型的，listen函数将socket变为被动类型的，等待客户的连接请求。   connect函数的第一个参数即为客户端的socket描述字，第二参数为服务器的socket地址，第三个参数为socket地址的长度。客户端通过调用connect函数来建立与TCP服务器的连接。   4.4、accept()函数  TCP服务器端依次调用socket()、bind()、listen()之后，就会监听指定的socket地址了。TCP客户端依次调用socket()、connect()之后就向TCP服务器发送了一个连接请求。TCP服务器监听到这个请求之后，就会调用accept()函数取接收请求，这样连接就建立好了。之后就可以开始网络I/O操作了，即类同于普通文件的读写I/O操作。     NAME        accept - accept a connection on a socket   SYNOPSIS        #include           /* See NOTES */        #include          int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);          #define _GNU_SOURCE        #include          int accept4(int sockfd, struct sockaddr *addr,                    socklen_t *addrlen, int flags);   参数sockfd      参数sockfd就是上面解释中的监听套接字，这个套接字用来监听一个端口，当有一个客户与服务器连接时，它使用这个一个端口号，而此时这个端口号正与这个套接字关联。当然客户不知道套接字这些细节，它只知道一个地址和一个端口号。 参数addr     这是一个结果参数，它用来接受一个返回值，这返回值指定客户端的地址，当然这个地址是通过某个地址结构来描述的，用户应该知道这一个什么样的地址结构。如果对客户的地址不感兴趣，那么可以把这个值设置为NULL。 参数len     如同大家所认为的，它也是结果的参数，用来接受上述addr的结构的大小的，它指明addr结构所占有的字节个数。同样的，它也可以被设置为NULL。   如果accept成功返回，则服务器与客户已经正确建立连接了，此时服务器通过accept返回的套接字来完成与客户的通信。 注意：       accept默认会阻塞进程，直到有一个客户连接建立后返回，它返回的是一个新可用的套接字，这个套接字是连接套接字。 此时我们需要区分两种套接字，        监听套接字: 监听套接字正如accept的参数sockfd，它是监听套接字，在调用listen函数之后，是服务器开始调用socket()函数生成的，称为监听socket描述字(监听套接字)        连接套接字：一个套接字会从主动连接的套接字变身为一个监听套接字；而accept函数返回的是已连接socket描述字(一个连接套接字)，它代表着一个网络已经存在的点点连接。         一个服务器通常通常仅仅只创建一个监听socket描述字，它在该服务器的生命周期内一直存在。内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建了一个已连接socket描述字，当服务器完成了对某个客户的服务，相应的已连接socket描述字就被关闭。         自然要问的是：为什么要有两种套接字？原因很简单，如果使用一个描述字的话，那么它的功能太多，使得使用很不直观，同时在内核确实产生了一个这样的新的描述字。 连接套接字socketfd_new 并没有占用新的端口与客户端通信，依然使用的是与监听套接字socketfd一样的端口号   4.5、read()、write()等函数   万事具备只欠东风，至此服务器与客户已经建立好连接了。可以调用网络I/O进行读写操作了，即实现了网咯中不同进程之间的通信！网络I/O操作有下面几组：        read()/write()      recv()/send()      readv()/writev()      recvmsg()/sendmsg()      recvfrom()/sendto() 推荐使用recvmsg()/sendmsg()函数，这两个函数是最通用的I/O函数，实际上可以把上面的其它函数都替换成这两个函数。它们的声明如下: #include          ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);        ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);          #include        #include          ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);        ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);          ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,                       const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);        ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,                         struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);          ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags);        ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);   我在程序里使用的是 read ( )/ write( ) 1.read( )   NAME        read - read from a file descriptor   SYNOPSIS        #include          ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);  //我非常肯定以及确定的告诉你ssize_t是有符号整型，size_t是无符号整型       DESCRIPTION        read()  attempts to read up to count bytes from file descriptor fd into the        buffer starting at buf.          If count is zero, read() returns zero and has no other results.   If  count        is greater than SSIZE_MAX, the result is unspecified.   read函数是负责从fd中读取内容.当读成功时，read返回实际所读的字节数，如果返回的值是0表示已经读到文件的结束了，小于0表示出现了错误。如果错误为EINTR说明读是由中断引起的，如果是ECONNREST表示网络连接出了问题。 2.write( ）   NAME        write - write to a file descriptor   SYNOPSIS        #include          ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);   DESCRIPTION        write()  writes  up  to count bytes from the buffer pointed buf to the file        referred to by the file descriptor fd. write函数将buf中的nbytes字节内容写入文件描述符fd.成功时返回写的字节数。失败时返回-1，并设置errno变量。 在网络程序中，当我们向套接字文件描述符写时有俩种可能。1)write的返回值大于0，表示写了部分或者是全部的数据。2)返回的值小于0，此时出现了错误。我们要根据错误类型来处理。如果错误为EINTR表示在写的时候出现了中断错误。如果为EPIPE表示网络连接出现了问题(对方已经关闭了连接)。   4.6、close()函数 在服务器与客户端建立连接之后，会进行一些读写操作，完成了读写操作就要关闭相应的socket描述字，好比操作完打开的文件要调用fclose关闭打开的文件。 #include int close(int fd); close一个TCP socket的缺省行为时把该socket标记为以关闭，然后立即返回到调用进程。该描述字不能再由调用进程使用，也就是说不能再作为read或write的第一个参数。 注意：close操作只是使相应socket描述字的引用计数-1，只有当引用计数为0的时候，才会触发TCP客户端向服务器发送终止连接请求。   5.代码实现   5.1——服务器代码ser.c /********************************************************************************* *      Copyright:  (C) 2018 lingyun *                  All rights reserved. * *       Filename:  ser.c *    Description:  This file *                  *        Version:  1.0.0(07/09/2018) *         Author:  huangjy <771018493@qq.com> *      ChangeLog:  1, Release initial version on "07/09/2018 05:44:04 PM" *                  ********************************************************************************/ #include #include #include #include #include #include #include #include       #define PORT 8888                           #define MAXDATASIZE 2048                     #define BACKLOG 10   int main(int argc,char **argv) {     int sockfd;     int connfd;     int recv_length;     char buf[MAXDATASIZE];     struct sockaddr_in peeraddr;       socklen_t peer_len = sizeof(peeraddr);          sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);     printf("      sockfd = %d ",sockfd);    //初始socket         struct sockaddr_in serveraddr;     bzero(&serveraddr,sizeof(serveraddr));     serveraddr.sin_family = AF_INET;     serveraddr.sin_port = htons(PORT); //把端口转化为网络字节序，即大端模式     serveraddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;     //定义一个结构体变量serveraddr记录IP与port         bind(sockfd,(struct sockaddr*)&serveraddr,sizeof(serveraddr));         listen(sockfd,BACKLOG);       printf("======blind success,waiting for client request======= ");                while(1)       {                    //accept函数从listen函数维护的监听列表里取一个客户连接请求处理        connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&peeraddr,&peer_len);        printf(" =======客户端连接成功========= ");               printf("IP = %s,PORT = %d ",inet_ntoa(peeraddr.sin_addr),ntohs(peeraddr.sin_port));             while(1)          {             memset(buf, 0, sizeof(buf));               printf("start read: ");             recv_length = read(connfd,buf,MAXDATASIZE);             if(recv_length == 0)             {                 printf("client has closed! ");                 break;             }                          printf("client say [%d] bytes: %s ", recv_length, buf);               memset(buf, 0, sizeof(buf));             fgets(buf, sizeof(buf), stdin);               write(connfd, buf, strlen(buf) );            }                               close(connfd);             close(sockfd);                             return 0;                                        }                }       5.2客户端——cli.c /********************************************************************************* *      Copyright:  (C) 2018 lingyun *                  All rights reserved. * *       Filename:  cli.c *    Description:  This file *                  *        Version:  1.0.0(07/09/2018) *         Author:  huangjy <771018493@qq.com> *      ChangeLog:  1, Release initial version on "07/09/2018 05:44:25 PM" *                  ********************************************************************************/   #include #include #include #include #include #include #include #include   #define PORT 8888 #define MAXDATASIZE 4096   int main(int argc,char **argv)   {     char buf[MAXDATASIZE];     int  len;     int sockfd;     const char *server_ip = argv[1]; //从命令行获取输入IP地址     struct sockaddr_in serveraddr;       if(argc != 2 )     {         fprintf(stderr,"请输入想要连接的服务器IP地址！ ");           exit(1);       }         sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);     bzero(&serveraddr,sizeof(serveraddr));     serveraddr.sin_family = AF_INET;     serveraddr.sin_port = htons(PORT);       inet_pton(AF_INET,server_ip,&serveraddr.sin_addr);           if( connect(sockfd,(struct sockaddr*)&serveraddr,sizeof(serveraddr))<0)    {     printf("connect error:%s(errno:%d) ",strerror(errno),errno);     exit(0);    }    else    {         printf("======服务器连接成功====== ");    }       memset(buf,0,sizeof(buf));            printf("Read string from stdin: ");     while(fgets(buf,sizeof(buf),stdin)!=NULL&&(strcmp(buf,"quit")))     {         write(sockfd,buf, strlen(buf));         printf("send success! ");           memset(buf,0,sizeof(buf));           printf("start to read data from server: ");         len = read(sockfd,buf,sizeof(buf));         printf("server say %d bytes: %s ", len, buf);           memset(buf,0,sizeof(buf));         printf("Read string from stdin: ");     }       printf("client will be closed,see you next time. ");       close(sockfd);         return 0;   }